ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 12, с. 58-76
УДК 550.2: 550.384
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛИМАТОСТРАТИГРАФИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИНВЕРСИИ МАТУЯМА-БРЮНЕС В ОТЛОЖЕНИЯХ ЛЕССОВОЙ ФОРМАЦИИ КАК КОМПЛЕКСНАЯ ПРОБЛЕМА НАУК О ЗЕМЛЕ
© 2004 г. В. А. Большаков
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Поступила в редакцию 02.06.2004 г.
Рассмотрены различные факторы, приводящие к неоднозначному определению положения палео-магнитной границы Матуяма-Брюнес (М-Б) в разрезах лессовой формации. Показано, что задача возможно более точного определения климатостратиграфического положения инверсии М-Б связана с исследованиями в различных областях палеогеографии, геологии и геофизики, т.е. указанная проблема является комплексной проблемой наук о Земле. Исходя из этого, предлагается соответствующий подход к ее решению.
ВВЕДЕНИЕ
Палеомагнитная инверсия Матуяма-Брюнес (М-Б) является наиболее широко используемым хроностратиграфическим репером плейстоцена. Абсолютный возраст границы М-Б был определен радиометрически по изверженным породам. В осадочных отложениях ее положение сопоставлялось с биостратиграфическими подразделениями, выделенными и в глубоководных, и в континентальных осадках. Использование изохронной границы М-Б в качестве основы для корреляции отложений плейстоцена стало более универсальным, когда было определено ее положение внутри 19-й межледниковой изотопно-кислородной (ИК) стадии глубоководных осадков [Shackleton, Opdyke, 1973; Imbrie et al., 1984; de Menocal et al., 1990; Schneider et al., 1992; Bassinot et al., 1994; Tauxe et al., 1996]. Методы орбитальной регулировки (orbital tuning), которые использовались для создания ИК хронологической шкалы [Hays et al., 1976; Imbrie et al., 1984; Shackleton et al., 1990; Bassinot et al., 1994], позволили уточнить и возраст инверсии М-Б. Теперь он заключается в пределах от 775 до 780 тыс. лет [Johnson, 1982; Shackleton et al., 1990; Schneider et al., 1992; Spell, McDougall, 1992; Bassinot et al., 1994; Tauxe et al., 1996]. Таким образом, граница М-Б стала климатохроностра-тиграфическим репером плейстоцена. Однако эти достижения выявили и некоторые новые проблемы установления точного положения инверсии М-Б в осадочных породах.
Стремление определить возможно более точное положение границы М-Б в континентальных и морских отложениях различного генезиса обусловлено желанием получить строго изохронный уровень, который можно использовать для детальной корреляции палеоклиматических запи-
сей различных регионов. В свою очередь, такая корреляция позволит определить взаимосвязь и последовательность глобальных и региональных палеоклиматических изменений, т.е. уточнить наши представления о механизме изменений палеогеографической обстановки в плейстоцене.
Факторы, препятствующие установлению точного климатостратиграфического положения инверсии М-Б, делятся на объективные и субъективные. Субъективные факторы определяются знаниями, опытом, добросовестностью и т.д. отдельных исследователей. Очевидно, что все получаемые заключения в какой-то степени субъективны. Наиболее обоснованные из них и представляются наиболее правильными. Однако в данной работе мы обратимся в основном к рассмотрению объективных факторов.
К объективным факторам следует отнести неполноту геологической летописи и фрагментарность плейстоценовых разрезов, их литолого-фа-циальную неоднородность, возможность формирования различных горизонтов в разнообразных климатических условиях в пределах климатических циклов плейстоцена оледенение - межледниковье. Также к объективным факторам относится и возможность искажений палеомагнитной записи, связанных с процессами вторичного намагничивания.
Влияние указанных факторов привело к возникновению противоречий в определении положения инверсии М-Б прежде всего в континентальных отложениях. Как уже отмечалось, в глубоководных осадках положение границы М-Б считается надежно установленным по большому количеству колонок в "теплой" 19-й ИК-стадии. Однако необходимо отметить, что как минимум в двух колонках: 552 [Shackleton, Hall, 1984] и КС-01В [Langereis et al., 1997] - эта граница зафикси-
рована в "холодной", 20-й ИК-стадии (данный результат является особенно неожиданным для колонки КС-01В, скорость седиментации в которой высока - почти 4 см/тыс. лет). Гораздо менее определенно климатостратиграфическое положение границы М-Б в разрезах лессовой формации (ЛФ), которые наиболее часто используют для проведения корреляции между континентальными и глубоководными отложениями.
Например, согласно М.Ф. Векличу, [1982], граница М-Б в разрезах ЛФ Украины, Молдавии и Приазовья, по данным разных авторов, может проходить в основании широкинского, в подошве сульского либо в кровле лубенского горизонтов. Иными словами, неопределенность положения границы соответствует интервалу времени, охватывающему пять иК-стадий (более 200 тыс. лет). В соответствии с данными по разрезам Русской равнины российских исследователей [Красненков и др., 1993; Вирина, Ударцев, 1995; Лессово-поч-венная..., 1997; Величко и др., 2002; Фаустов, Вирина, 2001; Фаустов, 2003], положение инверсии М-Б колеблется от михайловского до донского горизонтов. Разное положение инверсии отмечается не только различными авторами по разным разрезам, но и различными авторами по одному и тому же разрезу [Разрез., 1978; Большаков, Свиточ, 1988; Архипов и др., 1997; Зыкина и др. 2000; Болиховская, 1995; Вирина, Ударцев, 1995; Фаустов, Вирина, 2001; Величко и др., 2002], одними и теми же авторами по разным разрезам [Вирина и др., 1990; Вирина, Ударцев, 1995] или одними и теми же авторами по одному и тому же разрезу [Heller, Liu, 1984; 1986; Фаустов, 2002; 2003].
Также известно палеоклиматическое несоответствие положения инверсии Матуяма-Брюнес [Большаков, 1996; Tauxe et al., 1996]. Если в глубоководных осадках граница М-Б в основном приурочена к межледниковой ИК-стадии 19, то в разрезах ЛФ она чаще фиксировалась в лессах [Pesci, 1993; Большаков, 1996; Tauxe et al., 1996], формирование которых обычно соотносится с оледенениями. Правда, в последнее время в ряде разрезов Центральной Европы и Таджикистана положение инверсии сместилось из лессовых горизонтов в почвенные [Zhou, Shackleton, 1999]. Тем не менее в разрезах Лессового плато Китая палеомагнитная граница М-Б проходит в подавляющем большинстве случаев в лессах [Kukla et al., 1988; Zhu et al., 1994a; Zhou, Shackleton, 1999; Spassov et al., 2001].
Ниже будут рассмотрены некоторые возможные причины указанных несоответствий положения инверсии М-Б в осадочных породах, отнесенные нами к разряду объективных факторов, а также будут предложены способы устранения несоответствий.
НЕПОЛНОТА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ЛЕТОПИСИ И НАЛИЧИЕ ЗАПИСИ ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ ИНВЕРСИИ
Неполнота геологической летописи - наиболее распространенная причина, затрудняющая геологические корреляции. При этом обычно считается, что осадконакопление в океане проходит гораздо более равномерно, чем на континентах [Боуэн, 1981, с. 244]: "Поскольку все континентальные разрезы содержат установленные или предполагаемые перерывы в осадконакоплении, в качестве стандарта (стандартной хроностратигра-фической шкалы. - В.Б.) должны использоваться колонки глубоководных отложений". К этой цитате, полагаю, необходимо сделать два примечания.
Во-первых, глубоководные осадки также могут иметь перерывы седиментации. Даже предлагаемая Д. Боуэном в качестве эталона колонка V 28-238, имеющая среднюю скорость седиментации около 1.5 см/тыс. лет, не дает адекватной изотопно-кислородной записи для времени больше 600 тыс. лет [Johnson, 1982; Shackleton et al., 1990; Большаков, 2003]. Очевидно, что для колонок с большей скоростью осадконакопления седимен-тационные нарушения более вероятны.
Во-вторых, характеристики океанских осадков имеют свою специфику, связанную с обычно небольшой скоростью седиментации, специфическими биостратиграфическими комплексами, пале-оклиматическими показателями, отражающими как глобальные, так и региональные изменения, и т.д. Поэтому при сопоставлении континентальных палеогеографических записей с глубоководными трудно ожидать их детального сходства. Следовательно, выделение климатостратиграфических событий одного ранга в континентальных и глубоководных отложениях, которое представляется основой палеогеографической корреляции этих отложений, является непростой задачей. В решении данной задачи немаловажную роль играет и точное определение положения границы М-Б.
Проведение стратиграфических исследований и корреляций особенно усложняет то обстоятельство, что перерывы в осадконакоплении не всегда бывают выявлены непосредственно (что следует и из приведенной цитаты Д. Боуэна). В таких случаях многие исследователи нередко забывают о возможном существовании стратиграфических перерывов, что может быть причиной необоснованных выводов, в частности и относительно клима-тостратиграфического положения инверсии М-Б.
Одним из показателей отсутствия перерыва осадконакопления в интервале времени, включающем геомагнитную инверсию, может быть обнаружение в разрезе переходной зоны инверсии, т.е. промежуточных направлений намагниченности при изменении ее полярности от обратной (хрон Матуяма) к прямой (хрон Брюнес). Дли-
тельность инверсионного перехода оценивается обычно временем 4-10 тыс. лет [Clement, Kent, 1984; Гурарий, 1988; Schneider et al., 1992; Bassist et al., 1994; Zhu et al., 1994a]. Следовательно, чтобы охарактеризовать его как минимум тремя образцами-кубиками с ребром 2 см, при непрерывном отборе образцов в области границы М-Б, необходимо, чтобы скорость седиментации была не ниже 1.5 см/тыс. лет. Обычно скорость седиментации лессов выше этой величины (мощность переходной зоны в разрезах ЛФ Китая и Западной Украины [Zhu et al., 1994; Spassov et al., 2001; Nawrocki et al., 2002] меняется от 60 см до 20 см). Поэтому, если при сплошном отборе образцов зона перехода не обнаружена, можно с большой степенью вероятности считать, что в интервале разреза, приходящемся на область смены знака полярности намагниченности, существует седи-ментационный перерыв. В таком слу
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.