ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 1, с. 4-13
УДК 550.383
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ПАЛЕОМАГНИТНЫМ ЗАПИСЯМ В ЛЕССОВО-ПОЧВЕННОМ РАЗРЕЗЕ РОКСОЛАНЫ (Р. ДНЕСТР, УКРАИНА) ЗА ПОСЛЕДНИЕ 75000 ЛЕТ
© 2004 г. 3. В. Шаронова1, О. В. Пилипенко1, В. М. Трубихин2, А. Н. Диденко1, А. Г. Фейн1
1Институт физики Земли им. Г.А. Гамбурцева РАН, г. Москва 2Институт геологии РАН, г. Москва Поступила в редакцию 20.11.2002 г.
Проведено палеомагнитное исследование образцов пород лессово-почвенного разреза Роксоланы (Украина), охватывающего временной интервал 75-6 тыс. лет. Получены кривые, отражающие поведение относительной палеонапряженности в указанный интервал времени, и кривые угловых элементов геомагнитного поля, на которых выделяется аномальное направление ~35-30 тыс. лет тому назад. Аномальное направление можно сопоставить с экскурсом Моно.
Ключевые слова: относительная палеонапряженность, склонение и наклонение геомагнитного поля, экскурсы, лессово-почвенный разрез
ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия активизировались исследования пород лессово-почвенных разрезов магнитными и палеомагнитными методами. Магнитные минералы, содержащиеся в породах, хранят информацию о структуре и эволюции древнего магнитного поля, а также о составе и структуре магнитных зерен и их более поздних изменениях. Вектор остаточной намагниченности пород отражает изменение палеополя в прошлом. На подробных записях угловых элементов могут быть обнаружены экскурсы - резкие кратковременные флуктуации направления геомагнитного поля вплоть до его полного обращения. В настоящее время предложено несколько шкал геомагнитных экскурсов, дающих представление об особенностях поведения геомагнитного поля в эпоху Брюнес [Фатиади, Поспелова, 1982; Worm, 1997; Champion at al., 1988; Mëрнер и др., 2001]. Экскурсы происходят на фоне минимумов палеонапряженности поля. В работе [Петрова, Пилипенко, 2000] показано, что все известные экскурсы, приходящиеся на период до 100 тыс. лет сопровождают уменьшение корреляции между кривыми изменения магнитного момента из различных районов Земного шара.
В качестве объекта исследований выбран лес-сово-почвенный разрез Роксоланы, который уникален благодаря своей мощности и непрерывности. Изучение его имеет особую важность для восстановления картины глобальных изменений в четвертичный период. Поэтому внимание палео-
магнитологов неоднократно обращалось к изучению этого объекта [Третяк, 1983; Tsatskin et я1., 1998; Dodonov et я1., 2000]. В работе [Tsatskin et я1., 1998] не ставилась задача получения непрерывных детальных кривых, отражающих поведение палеонапряженности в эпоху Брюнес, поэтому образцы отбирались через каждые 5-10 см. На основании литологических, палеонтологических, палеопедо-логических исследований разрез Роксоланы подразделен на 6 зон. Каждая зона включает верхнюю почву и подстилающий ее лесс, из которого почва образовалась. Выделенные зоны соответствуют изменениям магнитной восприимчивости с глубиной и отражают глобальные климатические изменения.
Задача настоящей работы заключалась в получении детальных кривых, отражающих изменения палеонапряженности и угловых элементов геомагнитного поля, записанного в образцах пород, отобранных непрерывным методом, выявлении аномальных горизонтов геомагнитного поля и сопоставлении их со шкалой геомагнитных экскурсов [Мернёр и др., 2001].
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Лессово-почвенный разрез Роксоланы, соответствующий VIII террасе Днестра, расположен на восточном берегу Днестровского лимана приблизительно в 40 км западнее Одессы (ф = 45°^ X = 30.4°E). Мощность обнажающихся отложений 50-55 м. Лессово-почвенная серия охватывает временной интервал от верхов эоплейстоцена до
Тыс. лет
40
-25-30
-70-80
к
е я
о
л
о
1-ч
X
к
е я
о
т с
«
е л
к
«
к
к
*
&
е
га
«
К х 10-6, СИ 0 500 1000
К250 х 10-6, СИ 0 500 1000
7
Н, м
/и, А/м 0.01 0.02
/и250, А/м 0 0.002 0.004
Рис. 1. Литологические и магнитные характеристики пород разреза Роксоланы: магнитная восприимчивость К и естественная остаточная намагниченность 1и до и после температурной чистки до 250°С: 1 - лесс, 2 - почва, 3 - горизонт карбонатных конкреций.
0
1
2
3
4
5
6
голоцена. Верхние приблизительно 20 м были отобраны практически сплошным отбором. Чтобы исключить влияние выветривания с поверхности обнажения, был удален слой толщиной ~1 м. Из свежерасчищенной вертикальной стенки разреза были отобраны ориентированные на горизонтальной плоскости по магнитному меридиану штуфы. Они были распилены на пластины толщиной 2 см, из которых в свою очередь были изготовлены кубические образцы размером 2 х 2 х 2 см по 3 дубля с уровня.
В данной работе будут представлены результаты, относящиеся только к самой верхней части разреза мощностью до 7 м (214 уровней), охватывающей временной интервал от 70-80 тыс. лет до голоцена.
В основании изученной части разреза располагается сложно построенный Мезинский (М/) педо-
комплекс [Т8а18кт й а1., 1998], отвечающий верхнеплейстоценовому климатическому оптимуму -5 изотопно-кислородной стадии (рис. 1). Верхняя изученная его часть представлена окисными красно-бурыми палеопочвами. Выше по неровной, с размывом, границе ложатся желтовато-палевые лессы, отвечающие ранней фазе Валдайского оледенения. Возраст границы может быть оценен как 70-80 тыс. лет. Примерно на 1.7 м выше кровли Мезинской почвы располагается мощная бурая Брянская почва (Вг) с хорошо выраженным карбонатным горизонтом в нижней части. Подошва лессов, перекрывающих Брянскую почву, отвечает позднему Валдаю, возраст ее ~25-30 тыс. лет. В Брянской почве получена радиоуглеродная датировка - 26.760 ± 240 тыс. лет. [Ъо^поу, й а1., 2001]. Выше, вплоть до современной черноземной почвы разрез сложен светлыми, желтоватыми, песчанистыми лессами. На 2 м выше Брянской почвы
Рис. 2. Температурные диаграммы Зийдервельда в двух ортогональных проекциях (а), (г), цифры указывают температуру нагревов; стереограммы распределения Jn от температуры (б), (д); кривые размагничивания /и//итах температурой (в), (е).
в лессах располагается ясно выраженный горизонт карбонатных конкреций - следы размытой палеопочвы (X). Авторы предполагают, что эта палеопочва могла отвечать времени голоценово-го климатического оптимума. Тогда лессы, расположенные выше горизонта карбонатных конкреций, будут уже голоценовыми. Если это так, то кровлю горизонта карбонатных конкреций можно датировать как границу плейстоцена и голоцена, то есть ~10 тыс. лет.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Магнитная восприимчивость К образцов-кубиков размером 2 см3 измерена на приборе KLY-2 по трем направлениям, а для выборочных образцов - по 12 направлениям, что дало возможность оценить анизотропию магнитной восприимчивости. Естественная остаточная намагниченность Jn измерена на магнитометре JR-4 после выдержки в экране в течение трех месяцев. Для оценки состава магнитных минералов-носителей намагниченности в Геофизической обсерватории "Борок"
выполнен термомагнитный анализ. По кривым зависимости от температуры индуктивной намагниченности, полученной в поле 4000 Э - Jг(í) определены точки Кюри магнитных минералов. Структура магнитных зерен, точнее, их однородность в породах разреза оценена по зависимости остаточной намагниченности насыщения Jrs от магнитной восприимчивости К. Для определения характеристической намагниченности, принимаемой за первичную, и температуры магнитной чистки 28 образцов пилотной коллекции из разных участков разреза подвергались ступенчатому терморазмагничиванию до 600°С с шагом 50°С в экранированной от внешнего магнитного поля печи. Контроль состава магнитных минералов в образцах осуществлялся измерением К после каждого нагрева. Компонентный анализ Jn после ступенчатого терморазмагничивания и определения направлений характеристической намагниченности выполнены, используя пакет программ, разработанный Р. Дж. Энкиным.
г> л
л_
0 200 400 600 800 0 200 400 600 800
Т, °С Т, °С
Рис. 3. Термомагнитные кривые Мг/МО первого и второго нагревов образцов пилотной коллекции лессов и почв.
РЕЗУЛЬТАТЫ МАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В мировой практике оценка относительной па-леонапряженности геомагнитного поля осуще-
ствляется путем нормировки на один из лабораторных параметров: остаточную намагниченность насыщения Мго, идеальную остаточную намагниченность Мт1 или магнитную восприимчивость К. При однородном составе и одинаковом раз-
/гя, А/м 7
6
5
4
3
2
1
/гя, А/м 2.5 г
0 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5
0
100
200
300 0 К х 10-6, СИ
у = 0.0058х + 0.4272
150
500
1000
1500
Рис. 4. Зависимость Мтб - К для всех исследуемых образцов (а), для лесса 1.3-4 м (б), лесса 5-6.7 м (в) и для почвы 4-5 м (г).
мере магнитных носителей нормировка позволяет уменьшить влияние концентрации содержащихся в породах магнитных минералов. Перед любой нормировкой из М необходимо удалить вклад вторичных компонентов, для чего в работе использовалась температурная чистка, а также изучить состав и структуру магнитных зерен - носителей намагниченности.
Ступенчатое терморазмагничивание 28 образцов пилотной коллекции от 20 до 600°С в экранированной от внешнего магнитного поля печи и компонентный анализ Мп показали, что выделение характеристической намагниченности, принимаемой за первичную, у всех образцов происходит в интервале температур 150-550°С (рис. 2а, рис. 2г). После 350°С у большей части образцов имеет место подмагничивание, в результате чего на температурных диаграммах Зийдервельда наблюдался значительный разброс точек. Возможно, это происходит из-за неполной компенсации магнитного поля в печи, а также из-за резкого падения величины М к 250-300°С (рис. 2в, рис. 2е). Исходя из этого, для определения направления характеристической намагниченности все иссле-
дуемые образцы нагревались до температур 200°, 250°, 300° и 350°С.
Изменение магнитной восприимчивости К (здесь и в дальнейшем изложении все величины указаны как средние по двум образцам с одного уровня), соответствует стратиграфии разреза и резко различается для лессов и почв (рис. 1). По величине К в изученной части разреза сверху вниз можно выдели
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.