Tectonic ledges at the Ladoga Lake bottom

Full Text

Морфология дна Ладожского озера, самого большого озера в Европе, изучается много лет. В этих исследованиях участвовал ряд организаций, в числе которых значительный вклад внесли Всероссийский геологический институт им. А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ), НПО «Севзапгеология», ВНИИОкеангеология, Институт озероведения (ИНОЗ) РАН, Арктический и Антарктический институт (АНИИ), Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ), Институт геологии Карельского научного центра РАН, Институт водных проблем РАН и многие другие.

Результаты исследований были опубликованы в многочисленных статьях и монографиях, в частности, таких, как работы С.В. Калесника [18], Г.С. Биске и др. [11], Б.И. Кошечкина [19], А.В. Амантова [1, 2, 3], А.Д. Лукашова [23], А.П. Светова и Л.П. Свириденко [29], сборник ВНИИОкеангеология «Геоэкология Ладожского озера» [13], сборник под редакцией Г.С. Бискэ [21], один из томов многотомника «Истории озер СССР», посвященный Ладожскому озеру [17], ряд монографий и атласов, созданных ИНОЗ РАН, в т. ч. [20, 22], геоморфологическая и тектоническая схемы из комплекта ГГК-1000 [14], и другие работы, в т. ч. М.А. Науменко [24], Aksenov et. al. [32] и Lebas et. al. [33]. Авторы также имеют ряд публикаций, относящихся к данной теме [4–8, 15, 16, 27, 31].

Несмотря на большой объем накопленного материала, последующие исследования, проводимые с применением новых инструментов, зачастую приводят к обнаружению новых данных о строении дна Ладоги.

Последние несколько лет Институт озероведения РАН (ИНОЗ РАН) проводит геологические и геоморфологические исследования дна Ладожского озера. Начиная с 2018 г. в этих исследованиях стали использоваться подводные фото- и видеокамеры, созданные в ИНОЗ РАН. Благодаря использованию этого нового исследовательского оборудования были обнаружены несколько интересных фактов строения дна, в частности, в северной части озера камера зафиксировала несколько подводных субвертикальных уступов, сложенных коренными породами, высотой в несколько десятков метров.

Данная публикация имеет основной целью охарактеризовать это явление, высказать предположения о его возрасте и генезисе, поскольку любые процессы, происходящие в Ладожском озере, влияют на качество его воды и нуждаются в идентификации, оценке и наблюдении.

Объект и методика

Дно Ладожского озера (рис. 1) имеет довольно сложный рельеф, особенно в своей северной части, расположенной в пределах Балтийского кристаллического щита. Рельеф дна здесь имеет высокую степень расчлененности (перепады глубин 100–200 м) и характеризуется преобладанием линейновытянутых форм рельефа в основном северо-западного простирания. Все найденные субвертикальные уступы расположены в северной части озера, с высокой расчлененностью рельефа дна.

 

Рис. 1. Обзорная схема района исследований. Красный контур соответствует схеме на рис. 3.

 

Южнее склоны балтийского щита полого погружаются под осадочный чехол Русской платформы, кристаллические породы перекрываются все более мощной толщей осадочных рифейских, вендских и фанерозойских отложений. Рельеф становится менее расчлененным (перепады глубин 1–10 м). Формы теряют четкую направленность и линейность.

Описываемые уступы были обнаружены в процессе ландшафтных донных исследований при подводной фотовидеосъемке дна с помощью подводного аппарата “Limnoscout-230”, сконструированного в ИНОЗ РАН специально для применения в Ладожском озере (рис. 2).

 

Рис. 2. Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат “Limnoscout-230” в различных модификациях 2018–2020 гг.

 

Этот аппарат имеет ряд конструктивных особенностей, которые позволяют ему успешно (впервые в истории) осуществлять фотовидеосъемку дна Ладоги. Эти особенности перечисляются ниже:

• расчетная глубина погружения – 300 м и более;
• рабочая скорость буксировки 1–2 км/ч;
• высокое разрешение камер позволяет выделять мелкие детали рельефа, геологические образования, элементы биоты и т. д.;
• система подсветки настраивается и позволяет работать с водой повышенной мутности;
• усиленная металлическая рамная конструкция в совокупности с установкой основных функциональных узлов аппарата на упругих элементах позволяют выдерживать столкновения со скальными выходами и каменистыми обломками на рабочих скоростях;
• наличие эффективной системы освобождения из рыболовных сетей;
• высокая устойчивость на рабочих скоростях;
• возможна работа с корабля, катера или автономно;
• высокая мобильность и ремонтопригодность [15].

Аппарат буксировался на высоте около 0.5 м над дном вкрест простирания структур рельефа. При столкновении с уступом в нижней его части аппарат начинал подъем с одновременной фотовидеосъемкой уступа. При этом буксировочный катер стоял на одном месте, а камера поднималась вертикально вверх с глубин около 100–120 м до глубин 20–30 м при непрерывном визуальном контакте с уступом. Во время подъема камера фиксировала вертикальную стенку, сложенную коренными породами, иногда с отрицательными углами.

Результаты исследования

Все обнаруженные уступы расположены в северной части озера, в 3-х районах: на борту впадины вблизи г. Питкяранта, на склоне островной гряды Мустасаари и на западном подводном склоне острова Валаам (рис. 3).

 

Рис. 3. Положение профилей донной фотовидеосъемки, обнаруживших субвертикальные уступы, на батиметрической схеме северной части Ладожского озера (батиметрия построена на основе цифровой модели рельефа С.Н. Юдина и Д.С. Дудаковой [16], изобаты через 10 м). 1 – профиль в районе Питкяранта, 2 – профиль в районе Мустасаари, 3 – профиль в районе Валаам.

 

На рис. 4 представлены фотографии обнаруженных уступов в границах площади захвата фотокамеры. Схожие картины наблюдались и фиксировались на протяжении всего подъема камеры с глубин, превышающих 100 м до 20–30 м.

 

Рис. 4. Фотографии фрагментов субвертикальных уступов. а – в районе Питкяранта, б – в районе Мустасаари, в – в районе Валаам.

 

На фотографиях можно видеть обнажающиеся в субвертикальном уступе коренные породы, разбитые на блоки системами трещин. Блоки имеют острые края без следов обработки волновыми процессами. Следов ледниковой обработки также не обнаружено.

На рис. 5 изображены профили, построенные поперек всех трех уступов на основании комбинированных данных эхолота и спутникового позиционирования контактов аппарата со стенкой.

 

Рис. 5. Поперечные профили дна в районах субвертикальных уступов. а –Мустасаари, б – Валаам, в – Питкяранта.

 

На рис. 5а показан профиль дна в районе ЮЗ склона подводной долины около о. Мустасаари. На этом профиле можно видеть ступенчатый склон с двумя субвертикальными стенками, нижней высотой до 50 м (глубины 100–150 м) и верхней высотой 20 м (глубины 70–90 м). Кроме того, ближе к берегу имеется впадина с корытообразным поперечным профилем глубиной 30 м (глубины 40–70 м) с весьма крутыми склонами, 50–70°.

ЮЗ склон о. Валаам (рис. 5б) представлен серией субвертикальных уступов с высотами до 10 м, разделенных субвертикальными провалами, общей высотой около 100 м. Суммарный уклон в наиболее крутой части склона составляет около 90°.

На профиле Питкяранта (рис. 5В) виден ЮЗ борт небольшой протяженной впадины СЗ простирания, СВ борт которой имеет довольно пологий уклон, а представленный на рис. 5а ЮЗ борт представляет собой отвесный уступ общей высотой около 70 м; собственно отвесная часть имеет высоту 30 м. К подножию на глубине около 125 м уступ выполаживается, вероятно, за счет коллювиальной осыпи, при сочленении с ровным дном угол не превышает 10°. В верхней части выполаживание уступа происходит в виде ступеней, разделяемых провалами с вертикальными стенками глубиной до 10 м.

Размеры и форма всех трех уступов свидетельствуют об их тектоническом происхождении.

Обсуждение

При сопоставлении пространственного положения обнаруженных уступов с существующими тектоническими схемами, обнаруживается их хорошее совпадение по позиции и простиранию с известными зонами разломов (рис. 6).

 

Рис. 6. Положение изучаемых субвертикальных уступов в сети разломов северной части Ладожского озера (рисовка сети разломов – В.М. Анохин и др. [8], с использованием [1, 27]: 1 – разломы 1-го порядка с указанием направления сброса, 2 – разломы 2-го порядка с указанием направления сброса, 3 – положение изучаемых уступов, 4 – береговая линия.

 

При сопоставлении пространственного положения обнаруженных уступов с существующими батиметрическими картами обнаружено их совпадение с линейно-вытянутыми склонами СЗ простирания на бортах впадин, которые, считаясь крутыми, не превышают по уклону 40–50°. По всей вероятности, обнаруженные уступы соответствуют по простиранию этим склонам и могут быть трассированы вдоль них.

Сведения о тектоническом строении шхерного района Северного Приладожья и, в частности, о признаках неотектонических движений на участках вблизи описываемых профилей приведены в публикациях Л.П. Свириденко, А.П. Светова (2008). При детальных исследованиях, выполненных указанными авторами, на береговых уступах о. Валаам выявлены многочисленные признаки разломообразования: зоны милонитизации, катаклаза, зеркала скольжения. Здесь также зафиксированы зияющие трещины с расхождением стенок на 0.5–1.5 м, вертикальные блоковые перемещения, сопровождаемые малоамплитудными сдвиговыми дислокациями. На других островах Валаамского архипелага установлена амплитуда вертикального перемещения блоков в первые десятки метров. В работе приводятся данные по сейсмодислокациям, отмечены эпицентры землетрясений на острове Валаам, а также на островах гряды Маркатсимансаари-Мустасаари.

На тектонической схеме из комплекта Государственной геологической карты 1 : 1 000 000 [14] в районе обнаруженного нами уступа у г. Питкяранта отмечаются мощные зоны катаклаза, что также является признаком разломообразования.

Результаты сейсмологических и палеосейсмологических исследований говорят о существенной сейсмической активности в районе Ладожского озера в голоценовое время, включая исторический период [9, 10, 12, 26, 30].

Обобщая вышеизложенное, можно сказать следующее. По составу (коренные породы), морфологии (высокие субвертикальные линейно вытянутые уступы) и пространственному соответствию известным зонам разломов и явлениям, связанным с разломообразованием, данные уступы могут быть признаны морфологическими выражениями тектонических объектов – разломов существенно сбросового типа. Отсутствие на блоках коренных пород видимых следов гляциальной обработки может говорить об очень молодом, послеледниковом возрасте образования этих уступов и, соответственно, о довольно мощных голоценовых тектонических движениях в районе Ладожского озера.

О возможности существования подобных уступов на дне северной части Ладожского озера писали несколько авторов [1, 25, 28]. Однако в перечисленных публикациях речь шла о единичных уступах высотой до нескольких десятков метров и с уклонами склонов до 60°. Действительно, примененные в этих исследованиях геофизические методы исследования дна не позволили обнаружить вертикальные стенки. Эхолотное профилирование дна, многократно проведенное авторами поперек обнаруженных уступов, также не дало значимых результатов – над вертикальной стенкой эхолоты 2-х разных типов показали лишь зоны потери корреляции. Таким образом, лишь визуальное изучение дна с помощью подводного аппарата позволило увидеть реальную картину наличия на дне Ладожского озера ряда крупных молодых тектонических уступов. В дальнейшем это изучение будет продолжено, в том числе в районах, где возможно обнаружение новых уступов, или иных геоморфологических объектов.

Заключение

На основании результатов данного исследования авторы сочли себя вправе сделать несколько следующих выводов:

• на дне северной части Ладожского озера с помощью подводной фотовидеосъемки обнаружены три субвертикальных уступа, сложенных коренными породами, высотой до 70–100 м;
• по составу (коренные породы), морфологии (высокие субвертикальные линейновытянутые уступы) и пространственному соответствию известным зонам разломов, данные уступы могут быть признаны морфологическими выражениями тектонических объектов – разломов предположительно сбросового типа;
• по отсутствию на блоках коренных пород видимых следов гляциальной обработки можно предположить голоценовый возраст образования этих уступов и, соответственно, существование современных активных тектонических движений в районе Ладожского озера.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИНОЗ РАН по теме № 0154-2019-0001 «Комплексная оценка динамики экосистем Ладожского озера и водоемов его бассейна под воздействием природных и антропогенных факторов» № госрегистрации AAAA-A19-119031890106-5.

About the authors

V. M. Anokhin

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук»; Herzen state pedagogical university; Pushkin Leningrad State University

Email: vladanokhin@yandex.ru

Institute of limnology RAS

Russian Federation, Saint-Petersburg; Saint-Petersburg; Saint-Petersburg

D. S. Dudakova

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук»

Author for correspondence.
Email: judina-d@yandex.ru

Institute of limnology RAS

Russian Federation, Saint-Petersburg

References

Supplementary files