Новые результатымоделирования гидравлических характеристик дилювиальных потоков изпозднечетвертичного Чуйско-Курайского ледниково-подпрудного озера
Введение
Почти всемежгорные котловины Южной Сибири и Северной Монголии становились в ледниковыеэпохи плейстоцена ледниково-подпрудными озерами. Вслед за климатическими игидростатическими изменениям ледниковых плотин заполнения-опорожнениякотловинных озер происходили систематически, а сбросы озерных вод быликатастрофическими. Сразу за деформациями плотин и сбросом озер, согласносохраняющимися климатическими условиям, ледники вновь выдвигались вмагистральные долины стока и подпруживали котловины. Ледники-плотины, какполагают авторы, возникали за счет сёрджей ледников-притоков в главные долины.Крупнейшие котловинные озера (Чуйское, Курайское, Уймонское, Дархатское и др.)имели объемы в сотни кубических километров, а расходы прорывных паводков –дилювиальных потоков – достигали миллионов кубических километров в секунду. Этипотоки трансформировали долины стока, создавая новые геологические тела,датирование которых показало наличие крупных потопов по долинам рек Чуя иКатунь в интервале 23 – 7 тыс. л.н., в течение которого произошло не менее 5крупных дилювиальных событий. Суммарный объем воды, одновременно и неоднократносбрасывавшийся на юг Западной Сибири только из котловин Алтая, составлял до 10тыс. км3. Все котловины Южной Сибири могли периодически поставлятьна север около 60 тыс. км3 паводковых вод. Этот сценарийразрабатывается в рамках теории дилювиального морфолитогенеза, созданной А.Н. Рудым[9]. Эта теория в настоящее время признается подавляющим числом специалистов вовсем мире и развивается, по существу, в двух научных направлениях –палеогляциогидрологическом (четвертичная гляциогидрология) игеолого-геоморфологическом. Оба этих направления в настоящее время решают своиспецифические задачи, первичные результаты которых обобщены в новейшихмонографиях ([2, 3, 10, 22] и др.). Одной из главных проблем теориидилювиального морфолитогенеза по-прежнему является корректная реконструкцияпалеогидравлических характеристик дилювиальных потоков. В настоящее время кмоделированию палеогидравлических характеристик дилювиальных потоков приступилиспециалисты кафедры гидрологии Томского государственного университета подруководством В.А. Земцова.
Историяпроблемы
Достаточно подробноописана в работах первого автора [10, 11]. Для понимания хода наших новыхпостроений, изложим ее вкратце. Первые определения расходов дилювиальныхпотоков позднечетвертичного североамериканского озера Миссула для различныхучастков производились по известной в гидрологии формуле Шези [25]. Полученныевеличины были огромны: от 2 до 10 млн. м3/с. Тем не менее,неопределенность коэффициента шероховатости русла приводила к значительнымнеточностям. Позднее В.Р. Бейкер [14] на основании статистическогоанализа большого количества натурных данных вывел эмпирические зависимостимежду размерами гряд (высотой и длиной волны) и глубиной и скоростью потоков, вруслах которых эти гряды формировались.
В.Р. Бейкеропределил и диапазон условий, в пределах которых справедливы этивзаимоотношения. Согласно зависимостям В.Р. Бейкера, для участкагигантской ряби Платово-Подгорное на 12 – 14-метровой левобережной террасе р.Катунь в предгорьях Алтая были получены средние скорости потока около 16 м/с,глубины около 60 м и расходы воды, с учетом современной морфологии долины,не менее 600 000 м3/с. Участок Платово-Подгорное находитсяпочти в 300 км от возможных мест прорыва. Поток здесь распластывался, егоглубины и скорости падали. В горах скорости и глубины потопов были гораздобольше. Для поля дилювиальных дюн и антидюн на участке рр. Малый Яломан – Иня вЦентральном Алтае, согласно зависимостям В.Р. Бейкера, были полученыглубины потока более 400 м и скорости – около 30 м/с, а расходы,соответственно, – более 1 млн. м3/с [10, 11].
Для оценкирасходов дилювиальных потоков при прорывах приледниковых озер часто применяютэмпирические формулы Дж. Клейга и У. Мэтьюза [19] и Дж. Коста [20],в которых предполагается прямая связь между объемами сброшенных озер ирасходами йокульлаупов в створах прорыва плотин.
В настоящеевремя предпочтение отдается формуле Клейга и Мэтьюза, как более точной. Воснове этой модели лежит уравнение регрессии, выведенное по результатамнаблюдений десяти прорывов современных ледниково-подпрудных озер. Недостатокэтой модели (как и других, ей подобных) для целей четвертичной гляциогидрологиизаключается в том, что: 1) она не учитывает топографию каналов прорыва и уже нанекотором удалении от озерной ванны вниз по долине стока сильно занижаетзначение расходов воды; 2) зависимость выведена эмпирическим путем для современныхприледниковых озер, размеры которых по крайней мере на два порядка меньшечетвертичных.
По материаламполевых и картографических работ Алтайской российско-американской экспедиции1991 г. были выполнены вычисления расходов дилювиальных потоков припрорыве всей Чуйско-Курайской системы четвертичных ледниково-продпрудных озер [15].В гидрологических расчетах профилей водной поверхности использоваласькомпьютерная программа НЕС-2 [22]. Ход вычислений основывался на решенииуравнения удельной энергии, выведенного из уравнения Бернулли дляустановившегося плавно изменяющегося течения. Основанием для вычислений были 17поперечных профилей через долину р. Чуя, выбранных на участке длиной около 18 кмприблизительно между «Золотаревской будкой» и пос. Чибит по «новой долине Чуи».Детальные геометрические данные канала стока по семи профилям были получены изтопографических карт масштаба 1: 25 000.
Вычисленныйнами максимальный расход для Чуйско-Курайского йокульлаупа оказался равен 18×106 м3/с.Эта оценка превышает таковую для максимального расхода дилювиального потока изставшего уже хрестоматийным североамериканского озера Миссула, который былоценен в 17 × 106 м3/с [24]. Сравнениерасходов центрально-азиатских и североамериканских гляциальных суперпаводковпредставляется вполне корректным, так как для обоих регионов задача решалась поединой методике, а в полевых экспериментах участвовали одни и те жеспециалисты.
Материалыдетальных полевых работ немецких исследователей [22, 23] в целом подтверждаютнаши данные. При своих вычислениях эти специалисты приняли объемЧуйско-Курайской озерной системы всего в 607 км3 и исходили приэтом из абсолютных отметок береговых линий Чуйского и Курайскоголедниково-подпрудных озер в 2100 м. Тем не менее, и при минимальныхобъемах озер Ю. Хергет с коллегами получили очень представительныерезультаты.
Онипроанализировали 85-километровый участок долины р. Чуи до устья. Основанием длявычислений были 244 поперечных профиля, снятые с крупномасштабнойтопографической карты и с помощью GPS-системы на местности. Высоты поверхностейпотоков принимались исходя из отметок береговых дилювиальных валов. Для обработки результатов была использована программа HEC-RAC –Hydrologic Engineering Center of the US Army Corps of Engineers – RiverAnalysis System [17]. По всем профилям были получены расходы потоков в интервале 8 ´ 106 м3/с– 12 ´ 106 м3/с. Глубины потоков варьировалиот 280 до 400 м, а средние скорости течения на разных створах были 9 – 37 м/с.Число Фруда колебалось в соответствие с энергией потока (топографией долины) от0, 20 до 0, 85. Пик гидрографа стока на субкритическом участке показал расходводы в 20,5 ´ 106м3/с при скорости 72 м/с [23],что превышает и данные наших расчетов для Чуйско-Курайской системы озер [15], иданные для оз. Миссула [24].
Основнойнедостаток этих последних работ заключался в том, что система HEC-RAS и ее предшественникипозволяли моделировать только установившийся режим движения воды, будь онспокойным или бурным, что не согласуется с физической природой движения паводкакак существенно неустановившегося потока. Поэтому полученные в результатемоделирования указанными исследователями гидравлические параметры прорывныхпаводков, на наш взгляд, нужно рассматривать как весьма приближенные.
Цельработы
Целью работыявляется, таким образом, компьютерная имитация прорыва ледяной плотины,подпруживающей Чуйско-Курайское ледниково-подпрудное озеро в позднемплейстоцене, и определение гидравлических параметров дилювиального потока принеустановившемся режиме движения воды.
Последняяверсия моделирующей системы HEC-RAS 4.0 [30] позволяет моделировать потоки снеустановившимся движением воды, включая собственно паводки, образующиеся припрорыве плотин разного происхождения. При этом возможна имитация разныхсценариев разрушения плотины, включая ее мгновенное разрушение при достиженииопределенного уровня воды в озере и более медленное разрушение в результатефильтрации вводы в теле ледяной плотины.
Методика
Для имитациипрорывных паводков Чуйско-Курайского ледниково-подпрудного нами впервыеразработана модель неустановившегося движения воды в оболочке HEC-RAS 4.0. Применение такойрасчетной схемы для участка водной системы, включающего Чуйскую и Курайскуюозерные котловины и долину р. Чуя до места ее слияния с Катунью позволило такжевпервые имитировать процесс опорожнения Чуйского и Курайского озер в результатеразрушения ледниковой плотины.
Расчетнеустановившегося движения ведется на основе решения системы уравнений,включающей уравнение неразрывности и уравнение сохранения импульса сил(давления, гравитации и трения). Система «русло – пойма» делится на дваотдельных потока, для каждого из которых записываются уравнения неразрывности исохранения импульса сил, решаемые методом конечных разностей. В HEC-RAS используется схемарешения этих уравнений в одномерной постановке, позволяющая получать стабильныерезультаты [17].
Для расчетанеустановившегося движения потока требуется задать граничные и начальныеусловия. Граничные условия задаются на концах расчетного участка и, принеобходимости, внутри него (внутренние граничные условия). В качестве начальныхусловий предварительно по схеме установившегося движения в программе HEC-RAS вычисляются расходы иуровни воды во всех заданных поперечных сечениях потока перед образованиемпаводка. При этом все поперечные сечения потока на расчетном участке должныбыть заполнены водой.
Авторамиразработана модель участка длиной 235 км, включающего Чуйскую, Курайскуюкотловины и долину р. Чуя. В качестве топографической основы использоваласьцифровая модель современного рельефа указанных котловин и долины Чуи до еевпадения в Катунь в форме SRTM-матриц, полученных с космического корабля (http://srtm.csi.cgiar.org). Эти данные позволяютадекватно представить долину Чуи с поймой, но собственно современное русло рекипочти не прослеживается. Для создания исходного файла геометрии потока для HEC-RAS 4.0 использоваласьпрограмма ГИС ArcView 3.2а и специализированное приложение к ней – HEC-GeoRAS 4.0 [32].
Геометрияпотока моделируется путем задания его центральной линии и поперечных сечений срасстояниями между ними. В поперечных сечениях, перпендикулярных центральнойлинии, задаются границы «мертвых» зон, обычно приуроченных к устьям долинвпадающих в главную долину притоков, где скорости основного транзитного теченияблизки к нулю. Геометрия озерных котловин выше подпруживавшей их дамбы такжемоделируется посредством задания их поперечных сечений, чтобы расчетнеустановившегося движения выполнялся как в пределах самой системы озер, так ив потоке ниже запруды, что точнее имитирует процесс опорожнения озер. Всего попричине сложного рельефа местности потребовалось задание 429 поперечныхсечений. Для каждого поперечного сечения коэффициенты шероховатости Маннинга n приняты равными 0,04.
После заданиягеометрии потока по схеме установившегося движения воды выполняется расчетначальных условий, непосредственно предшествующих моменту возникновенияпрорывного паводка. Расчет производился для докритического (спокойного) режимадвижения воды, поэтому граничные условия заданы только для нижнего створарасчетного участка – в виде нормальной глубины при уклоне на нижнем участкеЧуи. Постоянный расход во входном створе и на всем протяжении расчетногоучастка принят равным 5·104 м3/с, чтобы обеспечить«заводнение» долины потоком на всем ее протяжении перед тем, как перейтисобственно к расчету распространения паводочной волны. Такую величину расходаможно считать допустимой, так как расходы воды в период прорывного паводказначительно превышают ее более чем на порядок. При вычислении гидравлическиххарактеристик потока при установившемся режиме дополнительно выполненаинтерполяция между заданными поперечными сечениями с шагом 200 м.
Исходя изпредположения, что ледниковая запруда находилась на р. Чуя в районе с. Акташ,плотина, высотой 2200 м, «установлена» на расстоянии 112 км вверх потечению от устья Чуи (рис. 1). Наиболее неопределенными во всем процессеисследования являются характеристики прорыва дамбы: способ разрушения (врезультате перелива воды через гребень или фильтрации по трещинам в телеплотины), форма и размеры прорана, необходимый для его образования периодвремени, уровень воды в подпрудном озере выше плотины и др. Значения параметровразрушения дамбы наиболее существенно влияют на гидрограф стока ниже дамбы.Однако вниз по течению различия между разными вариантами сглаживаются. На уровни воды заметновлияют также задаваемые значения коэффициентов шероховатости ложа потока. Врезультате возможна имитация весьма многочисленных вариантов возникновения и распространенияпрорывного паводка. Авторами имитировался ряд разных вариантов и сценариевпрорыва, реалистичность которых оценивалась, исходя из соответствиярассчитанных уровней воды на приустьевом участке р. Чуя меткам высоких вод,опубликованным в [23].
/>
Рис. 1.Трехмерное изображение моделируемого участка в программе HEC-RAS перед разрушением дамбы
В качествеодного из наиболее приемлемых вариантов оказалось разрушение плотины в течение2 часов в результате фильтрации воды по трещинам в теле плотины при начальномуровне воды в озере 2040 м. Максимальные уровни воды на расстоянии 10 кмвыше по течению от устья Чуи были приняты около 1100 м, что согласуется сположением меток высоких вод. Предельная отметка разрушения дамбы принятаравной 1600 м, что примерно на 200 м превышает современные средние отметкидна долины на отрезке блокирования стока.
Согласнорасчетам, наблюдается постепенное распластывание паводочной волны вниз потечению со снижением максимальных расходов от 3,5·106 у плотины до2,5·106 м3/с (рис. 2). Дилювиальный поток прошелпо расчетному участку реки приблизительно за 3 суток. При этом произошлопрактически полное опорожнение озер, динамика которого также хорошо прослеживаетсяпо результатам моделирования. Изменение продольного профиля водной поверхностив процессе опорожнения Чуйской и Курайской депрессий хорошо видно на рис. 3,4 – максимальный подъем уровня воды практически на всем участке р. Чуя нижеплотины достигается примерно через 5 – 6 часов после начала ее разрушения.
/>
Рис. 2. Рассчитанные расходы (пунктирная линия) и уровни воды(сплошная линия) во время паводка на р. Чуя на расстоянии соответственно 10, 50и 100 км ниже места прорыва
/>
Рис. 3. Рассчитанные профили водной поверхности на участкемоделирования через 5 и 10 часов после начала разрушения плотины. По осиабсцисс показано расстояние от места слияния рек Чуя и Катунь, по оси ординат –высотные отметки
/>
Рис. 4. Рассчитанные профили водной поверхности на участкемоделирования через 1 и 2 суток после начала разрушения плотины.
По оси абсцисс показано расстояние от места слияния рек Чуя иКатунь, по оси ординат – высотные отметки
Возможнаягеохронология
Летом 2004года нами были отобраны образцы на 10Ве-датировки по дилювиальнымотложениям Центрального и Юго-Восточного Алтая. Результаты первых анализов по поверхностидилювиальных берм и глыб на «высоких террасах» Катуни показали хорошуюсходимость дилювиального события, произошедшего около 15 тыс. л.н. Образцыотбирались с поверхности мусковит-биотитовых гранитоидов. Результатыпредставлены в табл. 1
Таблица 1. Результаты10Ве-датирования дилювиальных отложений Центрального Алтая [12]Индекс Адрес Местонахождение Абс.отм., м Абс. возраст, лет KBBS1.1
Яломанская котловина
50º28’719’’
86º37’681’’ Гигантская валунная берма (самый крупный валун) 783 15270±1050 KBBB1.2
Яломанская котловина
50º28’563’’
86º37’681’’ Гигантская валунная берма (второй по величине валун) 782 15900±930 KBBS2.1
Яломанская котловина
50º28’620’’
86º37’403’’ Валун на дилювиальной террасе 828 14970±850 KBBS2.2
Яломанская котловина
50º28’670’’
86º37’403’’ Валун на дилювиальной террасе 831 15260±830
Независимо иодновременно другая международная группа проанализировала этим же методомдропстоуны на днищах Чуйского и Курайского ледниково-подпрудных озер, а такжена отмеченных участках Яломанской котловины [26]. Среднее значение по семидатировкам равно 15800±1800 лет. Как видим, наши датировки совпадают с толькочто приведенной. Однако указанные исследователи делают вывод о том, чтоЧуйско-Курайcкаясистема ледниково-подпрудных озер испытала лишь один прорыв около 15 тыс. летназад, причем вся вода от этого прорыва катастрофически поступала в Карскоеморе и вызвала его опреснение и изменение температурных характеристик.
В последние25 лет для абсолютного датирования из дилювиальных отложений Алтая отбирались идругие образцы, результаты анализа которых в аспекте возраста дилювиальныхсобытий приведены в табл. 2.
Теориядилювиального морфолитогенеза доказывает то, что гляциогидрологическая ситуацияв ледниковом плейстоцене гор Южной Сибири определяла множественные и систематическиекатастрофические прорывы котловинных ледниково-подпрудных озер временипоздневюрмского оледенения и по долинам Чуи и Катуни, и по долине Бии.
Эта теория вобщих чертах подтверждается массивом абсолютных датировок (TL, 14C, 10Be), полученных в других районах Алтая (табл. 2).Предварительный анализ этих дат с учетом последних публикаций [10–12] позволяетнаметить хронологию водноледниковых потопов на Алтае: около 7 тыс. л.н.; около12 тыс. л.н.; около 15 тыс. л.н.; около 17 тыс. л.н.; после 22 тыс. л.н. ипосле 23 тыс. л.н. В действительности, паводков с расходами более 1 млн. м3/сбыло гораздо больше, поскольку каждый прорыв котловинного ледниково-подпрудногоозера мог следовать сразу же за подпруживанием котловин и блокированием стока.Ошибки же определения абсолютного возраста паводковых событий на несколькопорядков превышают длительность водноледниковых катастроф [10], котораясоставляла от нескольких минут и дней ([22, 28], (а также – настоящая работа)до нескольких недель [18].
Таблица 2. Абсолютныедатировки дилювиальных, дилювиально-озерных и озерныхотложений Алтая[12][1]Адрес Метод Абс. возраст, лет
Гигантские знаки ряби течения
Яломанской котловины TL
7400±0.8
6200±0.7
Гигантская рябь течения
Платово-Подгорное
10Be
14C
12700±200
17900±1799
12510±160
36000±4000 Мергели и ископаемые остатки в Северном Алтае, ассоциированные с образованием Айских эворзионно-кавитационных котлов
14C
13890±200
12750±65 Курайская котловина, растительные остатки из озерных отложений в пинго (ур. Джангысколь)
14С
10845±80
10960±50
Дилювиально-озерная толща
в левобережье р. Инюшка
14С
TL
23359±400
(средняя пачка)
22275±370
(верхняя пачка)
22400±3200 (верхняя пачка) Долина р. Бии в районе с. Чоя
14C
Подстилающий аллювий – 18620±300
Перекрывающий дилювий –
17600±500
17200±245
Другаяпроблема сопоставления датировок по дропстоунам из котловин Юго-ВосточногоАлтая и из Яломанской котловины состоит в том, что связь гляциальных суперпаводковиз Чуйского и Курайского ледниково-подпрудных озер с образованием дилювиальногорельефа Центрального Алтая пока еще далеко не доказана. Ведь выше Яломанскойкотловины по катунскому каналу дилювиальных стоков расположены обширныеУймонская, Абайская и Канская котловины, которые также в ледниковое время подпруживалисьльдом и продуцировали мощные йокульлаупы, производившие большую геологическуюработу, впечатляющим примером которой, в частности, могут быть трехсотметровыетолщи дилювия, заполняющие долину р. Катуни выше устья р. Чуи [10].
В заключениеотметим, что, возможно, приведенные новые 10Ве-датировки показываютвремя одного из самых мощных гляциальных суперпаводков Алтая, относящегося к последнимпо времени и крупнейшим по объемам ледниково-подпрудным озерам в Чуйской иКурайской котловинах, поскольку проанализированные дропстоуны лежат на поверхностиих днищ, не «утоплены» в донные осадки. Это также означает, что краевыеморенные комплексы, обрамляющие южную периферию этих котловин и относившиеся кмаксимуму последнего оледенения (например, в работах П.А. Окишева), вдействительности: 1) моложе 15 тыс. лет, потому что они террасированыбереговыми линиями с датированными дропстоунами; 2) никак не могутрегистрировать ледниковый максимум в горах Алтая, так как ледники максимальногооледенения подпруживали котловины более молодых озер (датировки приведены внастоящей статье). В центральных частях котловины озер ледники горногообрамления выходили в эти хронологические интервалы на плав, то есть становились«шельфовыми» и не продуцировали конечные морены. Максимальные абсолютные высотыпоздневюрмских береговых линий в Чуйской котловине, как сказано, достигают 2250 м,т.е. намного превышают отметки днищ современных трогов окружающих гор(например, долина р. Актру имеет по простиранию висячего по отношению вКурайской впадине трога отметки 2000–2150 м).
Обсуждениерезультатов
В задачиданного исследования не входило вычисление максимальных расходов дилювиальныхпотоков. Как видим, применение более корректной модели расчета гидравлическиххарактеристик дилювиальных потоков на ключевом участке, с одной стороны,показало геологическую достоверность реальности трудно представимых себерасходов и скоростей воды при прорыве ледниково-подпрудных озер (в чем многие вРоссии, в частности, еще сомневаются), и, с другой, – безусловно,катастрофический характер опорожнения этих озер.
В частности,геолог И.А. Новиков в одной из последних монографий определенно писал, чтоточка зрения А.Н. Рудого и В.В. Бутвиловского на большие масштабы прорывовпалеоозер ошибочна, последние сильно преувеличены, реальные скорости и объемыводы меньше чем на порядок (то есть, гораздно менее 1 млн м3/с) [4].Вместе со своим коллегой он предложил альтернативные данные [5], где еще болееопределенно пишет, что плотины были преимущественно тектоническими, аопорожнения не носили катастрофический характер ([5] с. 236).[2]
В третьих,эта модель показывает путь для вычисления гидравлических параметров при любых объемахозер и метках стояния высоких вод в долинах стока. Здесь для расчета былиприняты минимальные абсолютные высоты уровней озер и, соответственно, плотин.Такой подход был применен сознательно, чтобы продемонстировать, что и притаких, пессимистических, оценках объемов озерных вод, расходы дилювиальныхпотоков были колоссальными.
До сих порбольшая часть оценок площадей и объемов ледниково-подпрудных озер, занимавшихмежгорные впадины горных сооружений юга Сибири, производилась по гипсометрииозерных террас. При этом различия в определениях максимальных абсолютных высотзеркала крупнейшего и наиболее изученного в горах Сибири Чуйско-Курайскоголедниково-подпрудного озера поздневюрмского возраста у разных исследователейсоставляют десятки и сотни метров. Такие различия дают и огромные несовпадения (всотни кубических километров) в объемах озер, площади которых при самыхострожных подсчетах могли достигать нескольких тысяч квадратных километров.Объемы воды катастрофически прорывающихся ледниково-подпрудных озер являютсяодним из непременных параметров любых моделей расчетов гидравлическиххарактеристик прорывных суперпаводков, поэтому точная топографическая привязкагеологических следов ледниково-подпрудных озер исключительно важна дляпалеогидрологических реконструкций.
Так, в самойпоследней работе ([22] со ссылкой на работы П.Э. Карлинга [18])максимальные высоты абразионных террас в котловинах не превышают 2100 м,при этом максимальный объем названного озера достигал 607 км3.Очень близкие объемы приводятся в работах П.А. Окишева и П.С. Бородавко[7] при оценке высоты озерных террас также в 2100 м (хотя вмонографии первого есть и другая цифра – 2050 м[6]). По данным И.С. Новиковаи С.В. Парначева [5], предельный уровень береговых линий достигал здесь2150 м. А.Н. Рудой по аэрофотоснимкам определил предельный уровеньбереговых линий в 2200 м, при котором суммарный объем озер составил более1030 км3 [27–29]. Г.Г. Русанов [13] при крупномасштабномгеологическим картировании обнаружил абразионные террасы на некоторых участкахюжного склона Курайского хребта на горизонтали 2250 м.
Между темочень информативным показателем высот зеркала озер являются поля дропстоунов, часточетко привязанные к определенным гипсометрическим уровням, а также остаткиозерных отложений на бортах впадин на разных высотах. Петрографический составдропстоунов могут служить показателем направления палеотечений от месткоренного залегания. Так, еще во время съемочным работ 1978–1979 гг. былизакартированы дропстоуны на северном макросклоне хр. Сайлюгем, в урочищах Оюм иБураты, точно привязанные к горизонталям 2020, 2030 и 2060 м. Это –роговики, гранодиориты и гнейсы (полевое определение Г.С. Романцовой [8]).
На участкеборта Чуйской впадины между устьем долины Бураты и вершиной и с абс. отм.2129,7 м, расположенном в 2 км южнее Чуйского тракта, борт котловиныосложняют два лога, открывающихся на восток, с пологими и плоскими днищами,выполненными до высоты 2100 м озерными разнозернистыми неокатаннымипесками, насыщенными дресвой, плохо окатанной галькой и гравием местных пород.Эти лога были в прошлом заливами Чуйского ледниково-подпрудного озера.
На этомучастке от подножья борта котловины и до абсолютной отметки 2120 м тянетсясерия из более десятка озерных террас. В направлении с севера на юг от вершиныс отметкой 2129,7 м к устью долины Бураты отмечен четкий перекос террас,особенно нижних наиболее крупных и хорошо выраженных в рельефе. С севера на югвдоль борта котловины на протяжении 600–900 м они повышаются на 5–10 м.
Озерныетеррасы огибают и вершину с отметкой 2129,7 м, располагаясь серией по еесеверному и западному склону. На западном склоне этой вершине на абсолютнойвысоте 2070 м на площадке озерной террасы имеется плохо окатанный валун,диаметром по крупной оси около метра, сложенный гранито-гнейсами, и занесенныйайсбергом с Курайского хребта или с западной части Южно-Чуйского хребта(верховья бассейнов Елангаша и Чагана). На склонах хребта Сайлюгем, имеющихзападную и северо-западную экспозицию, и опускающихся в Чуйскую котловину,следы ледниково-подпрудного озера четко выражены до абсолютных отметок 2100–2120 м.Выше этих горизонталей интенсивно развита современная солифлюкция, ни озерныхпесков, ни террас и дропстоунов здесь не обнаружено. Вероятно, как полагает первыйавтор, во время последнего оледенения эти склоны хребта на разных участках отвысот 2000 м и выше были покрыты ледниковым льдом, обрывавшимся в озеро, очем свидетельствуют сглаженные и отполированные до блеска выходы коренныхпород, сохранившиеся местами до настоящего времени.
Призаполнении водой котловин до горизонтали 2100 м и вышеледниково-подпрудные озера в Курайской и Чуйской котловинах соединялись иобразовывали единое озеро. Как отмечал еще 20 лет назад Г.Г. Русанов(личное сообщение), ледниковая плотина занимала все понижение между Курайским иЧуйским хребтами, заполняя древнюю и современную долины Чуи ниже урочищаБоротал, при этом полностью перекрывая расположенное между ними плато Белькенекс абсолютной высотой 2264 м. В ходе геологической съемки на этом платобыли повсеместно установлены свежие следы древнего оледенения в виде ледниковыхшрамов и штрихов, и также разнообразной эрратики, распространенной до высоты2250 м. Петрографический состав этой эрратики, по данным Г.Г. Русанова,указывает на то, что в образовании ледниковой подпруды участвовали ледники,спускавшиеся с Курайского и Северо-Чуйского хребтов.
Такимобразом, абсолютные отметки ледниковой плотины, блокировавшей сток по долинеЧуи в районе плато Белькенек в конце максимума последнего оледенения превышали2300 м, возможно, как допускают А.Н. Рудой и В.В. Бутвиловский –и 2400 м. В последнем случае при максимальном заполнении впадин сток изних мог осуществляться через водораздельные спиллвеи, установленные этимиисследователями. Отсутствие же на этих высотах на бортах впадин абразионных иаккумулятивных террас объясняется тем, в максимумы трансгрессий озерные водыконтактировали не с коренными бортами впадин, а с глетчерным льдом,спускавшимся в котловины со всех сторон и переходившие на плав. В этих случаяхмаксимальные объемы озерных вод могли достигать 3500 км3.Достоверные, не вызывающие сомнений и выраженные в рельефе и отложениях уровнизаполнения Чуйской котловины водами ледниково-подпрудного озер, приурочены кгоризонтали 2250 м. Даже при этих высотах зеркала площадьЧуйско-Курайского водоема достигала нескольких тысяч квадратных километров.
Заключение. В результатемоделирования рассчитаны в динамике такие характеристики прорывных паводков,как расходы, скорости движения воды, кривые свободной поверхности, чтопозволило уточнить ранее полученные другими методами значения и расширитьпредставления о формировании и движении прорывных паводков в долине горнойреки.
Применяяпредложенную нами модель, можно рассчитать гидравлические параметры не толькодля различных уровней зеркала озерных вод, но и максимальные расходы, скоростии глубины дилювиальных потоков, которые, имея ввиду приведенные только чтоабсолютные отметки следов ледниково-подпрудных озер, значительно превосходилиприведенные нами цифры порядка 1 млн. м3/с. Данная работа, такимобразом, имеет в том числе и методический характер, что подразумеваетпродолжение исследований для различных высотных меток стояния озерных вод ивысот поверхностей прорывных паводков не только в относительно хорошо изученныхкотловинах и долинах стока, но и на других подобных территориях.
Итак, всекотловины Южной Сибири могли катастрофически, одновременно и неоднократнопоставлять на север десятки тысяч кубических километров паводковых вод.Возможны два палеогидрологических сценария:
1) регулярное поступление огромных масс водыв поздне – послеледниковое время в акваторию Полярного бассейна в случаеотсутствия ледниковой преграды на севере Азии, которая блокировала бы сток Обии Енисея;
2) регулярный и катастрофический сбросколоссального количества вещества и энергии на юго-запад, через Мансийскоеледниково-подпрудное озеро в Западной Сибири, Тургайский, Узбойский и Манычскийспиллвеи в бассейн Средиземного моря.
Оба сценарияподразумевают сильные изменения температуры, солености и циркуляции всоответствующих секторах Атлантики или Северного океана.
Резюмируя вцелом, отметим, что в реконструированной, крайне агрессивной природной среде впозднем плейстоцене и раннем голоцене южного обрамления Западной Сибириогромной важности проблему, на наш взгляд, представляет восстановление реакциибиоты на палеогеографические изменения, причем как отдельных видов, так исообществ.
Литература
1. Бутвиловский В.В. Палеогеографияпоследнего оледенения и голоцена Алтая: событийно-катастрофическая модель. – Томск:Томск. ун-т, 1993. 252 с.
2. Галахов В.П. Имитационноемоделирование как метод гляциологических реконструкций горного оледенения. –Новосибирск: Наука, 2001. 136 с.
3. Зольников И.Д.,Мистрюков А.А. Четвертичные отложения и рельеф долин Чуи и Катуни. –Новосибирск: СО РАН, 2008. 182 с.
4. Новиков И.С. МорфотектоникаАлтая. – Новосибирск: Наука, 2004. 313 с.
5. Новиков И.С., Парначев С.В. Морфотектоникапозднечетвертичных озер в речных долинах и межгорных впадинах Юго-ВосточногоАлтая. – Геология и геофизика, 2000, т. 41, №2, с. 227–238.
6. Окишев П.А. Динамика оледенения Алтаяв позднем плейстоцене и голоцене. – Томск: Томск. ун-т, 1982, 209 с.
7. Окишев П.А., Бородавко П.С. Реконструкция«флювиальных катастроф» в горах Южной Сибири и их параметры. – Вестн. Томск.госуниверситета, 2001. Т. 274. С. 3–12.
8. Рудой А.Н. Развитиеречных долин бассейна Чуйской котловины в связи с особенностями четвертичногооледенения / Регион. конф. «Эволюция речных долин Алтайского края и вопросыпрактики». – Барнаул, 1982. С. 64–67.
9. Рудой А.Н. Основы теориидилювиального морфолитогенеза. – Известия Русского географического общества,1997. Вып. 1. С. 12–22.
10. Рудой А.Н. Гигантскаярябь течения (история исследований, диагностика, палеогеографическое значение).– Томск: ТГПУ, 2005. 224 с.
11. Рудой А.Н. Гигантская рябьтечения (история исследований, диагностика и палеогеографическое значение) //Материалы гляциологических исследований, 2006. Вып. 101. С. 24–48.
12. Рудой А.Н.,Браун Э.Г., Галахов В.П., Черных Д.В. Новые абсолютныедатировки четвертичных гляциальных паводков Алтая. – Изв. Бийского отделенияРГО. 2006. Вып. 26. С. 148–151
13. Русанов Г.Г. Максимальныйуровень Чуйского ледниково-подпрудного озера в Горном Алтае – Геоморфология,2008. №1. С. 65–71.
14. Baker V.R. Paleohydrology and sedimentology of LakeMissoula Flooding in Eastern Washington. – Gel. Soc. Am. Spec. Pap., 1972. Vol.6. 79 p.
15. Baker V.R., Benito G., Rudoy A.N.Paleohydrologyof late Pleistocene Superflooding, Altay Mountains, Siberia. – Science, 1993.Vol. 259. Р. 348–352.
16. Barkau R.L. UNET, One-Dimensional Unsteady Flow Through aFull Network of Open Channels. Computer Program. – St. Louis, Mo. 1992.
17. Brunner G.W. HEC-RAS River Analysis System – User’s manual,version 3.0 / Hydraulic referece manual. Davis (U.S. Army Corps ofEngineers), 2001. 262 P.
18. Carling P.A. Morphology, sedimentology and palaeohydraulicsignificance of large gravel dunes, Altai Mountains, Siberia. – Sedimentology.1996. Vol. 43. P. 647–664.
19. Clague J.J., Mathews W.H. The Magnitude ofJokulhlaups. – J. Glacilogy, 1873. Vol. 13. P. 501–504.
20. Costa J.E. Floods from dam failures. // Floodgeomorphology. – N.Y.: John Wiley & Sons, 1988. P. 439–463.
21. Feldman A.D. HEC Models for Water Resources SystemSimulation: Theory and Experience. / Advances in Hydrosciences. – N.Y., 1981.P. 297–423.
22. Herget J. Reconstruction of Pleistocene Ice-Dammed Lake OutburstFloods in the Altai Mountains, Siberia. – Geol. Soc. America. 2005. Spec. Pap.386. 118 p.
23. Herget J. & Agatz H. Modelling ice-dammed lake outburstfloods in the Altai Mountains (Siberia) with HEC-RAS. – V.R. Thorndyraft,G. Benito, M. Barriendos and M.C. Llasat. Palaeofloods, Historical Floodsand Climate Variability: Application in Flood Risk Assesment, 2003. (Proc. Ofthe PHEFRA Workshop. Barselona, 16–19th Okt., 2002).
24. O’Connor J.E., Baker V.R. Magnitudes and implications of peakdischarges from glacial Lake Missoula. – Geol. Soc. Am. Bull., 1992. Vol. 104.P. 267–279.
25. Pardee J.T. Unusual currents in glacial Lake Missoula,Montana // Geol. Soc. Am. Bull., 1942. V. 53. P. 1569–1600.
26. Reuther A.U., Herget J. Ivy-Ochs S. et. al. Constraining thetiming of the most recent cataclysmic flood event from ice-dammed lakes in theRussian Altai Mountains, Siberia, using cosmogenoc in situ 10Be. – Geology.2006. Vol. 43. №11. P. 913–916.
27. Rudoy A.N. Mountain Ice-Dammed Lakes of Southern Siberia and theirInfluence on the Development and Regime of the Runoff Systems of North Asia inthe Late Pleistocene. Chapter 16. (P. 215–234.) Palaeohydrology andEnvironmental Change / Eds: G. Benito, V.R. Baker, K.J. Gregory – Chichester:John Wiley & Sons Ltd. 1998. 353 p.
28. Rudoy A.N. Glacier-Dammed Lakes and geological work of glacialsuperfloods in the Late Pleistocene, Southern Siberia, Altai Mountains //Quaternary International. 2002. Vol. 87/1. P. 119–140.
29. Rudoy A.N., Baker V.R.Sedimentary Effects ofcataclysmic late Pleistocene glacial Flooding, Altai Mountains, Siberia //Sedimentary Geology, 1993. Vol. 85. №1–4. Р. 53–62.
30. US Army Corps of Engineers. Hydrologic Engineering Center.HEC-RAS, River Analysis System User’s Manual. Version 4.0. Davis, CA, 2008. 747p.
31. US Army Corps of Engineers. Hydrologic Engineering Center.HEC-GeoRAS. An extension for support of HEC-RAS using ArcView. User's Manual.Version 3.1. Davis, CA, 2002. 154 p.