ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2011, № 7, с. 86-96
УДК 550.383;523.161;930.26
МАГНИТНЫЕ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОД ПАЛЕОЛИТИЧЕСКОЙ СТОЯНКИ В МЕЗМАЙСКОЙ ПЕЩЕРЕ
(СЕВЕРНЫЙ КАВКАЗ)
© 2011 г. Г. А. Поспелова1, Л. В. Голованова2, В. Б. Дороничев2, В. А. Цельмович3
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail: Pospelova@ifz.ru.
2АНО "Лаборатория доистории", г. Санкт-Петербург, E-mail: Labprehistory@yandex.ru 3Геофизическая обсерватория "Борок" филиал ИФЗ РАН, п. БорокЯрославской обл.
E-mail: tselm@mail.ru Поступила в редакцию 11.05.2010 г.
Статья посвящена результатам магнитных и микрозондовых исследований отложений уникальной, многослойной палеолитической стоянки в Мезмайской пещере. Представлен магнитный анализ набора характеристик отложений 17 слоев (от слоя 4 до слоя 1\1, снизу вверх), возраст которых определяется от >73 тыс. л.н. до наших дней. Установлено, что породы слоя 1С (ранний верхний палеолит, ~38 тыс. л.н.) обладают максимальной величиной магнитной восприимчивости (K) до 2500 х 10-6 SI, что связано с интенсивной деятельностью Homo sapiens. Минимальная величина К соответствует породам слоя 2, на котором залегает слой 1D. Величина магнитных зерен пород разреза неоднородна. Наибольшие магнитные зерна отмечены в средней части разреза в слоях среднего палеолита 2B3, 2B2, 2B1, 2A и 2. Суперпарамагнитная фракция имеет место в породах всех слоев. Этот факт подтверждает, что пещера была открыта уже во время формирования слоя 4. Основным носителем намагниченности пород по термомагнитным данным намагниченности насыщения и по температурным кривым магнитной восприимчивости является магнетит, в некоторых образцах присутствуют гидроокислы железа. Много проб с наличием также сульфидов железа (пирита). Изучение гистерезисных параметров пород показало, что для выяснения пригодности пород с сульфидами для надежных палеомагнитных исследований необходимо продолжение лабораторного изучения происхождения в породах магнетита. Детальным микрозондовым анализом определен химический состав пород слоя 2B3, а также двух слоев 1D (~39 тыс. л.н.) и 2B1 (~45 тыс. л.н.), в которых ранее по наличию вулканического стекла был определен вулканический пепел. В слоях 1D и 2B1 установлено большое количество химических элементов, до 18 наименований. Содержание железа, титана, хрома, марганца и других примесей от зерна к зерну варьирует. Микрозондовый анализ показал в слоях 1D и 2B1 набор магнитных частиц с составами, которые характерны для вулканических пород, что подтверждает их пепловое происхождение. Слой 2B3 не является вулканическим пеплом. Результаты о вулканическом стекле в породах слоев 1D и 2B1 опубликованы Головановой и др. в журнале Current Antropology в октябре 2010 г. [Golovanova et al., 2010].
ВВЕДЕНИЕ
При изучении изменений главного геомагнитного поля в прошлом и реконструкции палеоклимата времени формирования пород внимание палеомаг-нитологов привлекают отложения пещер.
В породах пещер, как правило, лучше сохраняется первичная остаточная намагниченность из-за слабого проявления процессов выветривания и меньшего влияния на породы внешних осадков. Археологи, изучающие древние стоянки человека, проводят детальные исследования отложений: литологии слоев, микрофауны, индустрии культурных горизонтов, палинологии, определение абсолютного возраста пород. В связи с этим на отложениях были получены интересные и важные результаты: записи вариаций угловых элементов геомагнитного поля и разновозрастных геомагнитных экскурсов. К
примеру, в пещере Матузка (Северный Кавказ) в древнем культурном слое 7 обнаружена запись геомагнитного экскурса обратной полярности [Поспелова и др., 2006]. Учитывая положение виртуального геомагнитного полюса, климатическую обстановку во время экскурса: очень теплый и влажный климат, сопоставляемый с оптимумом изотопно-кислородной стадией 5е, а также геоморфологические данные о возрасте отложений, экскурс Матузка идентифицирован с экскурсом Блейк. Возраст экскурса Блейк оценивают в ~130 тыс. л.н. [Иаг1апё й а1., 1990]. Другие примеры палеомагнитных результатов, полученные при изучении пещерных отложений, приведены в статье [Ро8ре1оуа й а1., 2007] и других работах.
В последние годы стали появляться данные о слоях, сформированных из вулканического пепла
Рис. 1. Вид из Мезмайской пещеры.
как в отложениях палеолитической стоянки Косте-нок, так и в породах привходовой части пещер Северного Кавказа и Причерноморья. Установлено, что период завершения геомагнитного экскурса Каргапо-лово-Лашамп коррелирует с сильными извержениями вулканов (Европа, Северный Кавказ). Это весьма важный факт, который свидетельствует о возможной корреляции процессов, происходящих в жидком ядре Земли и в верхней мантии [Поспелова, Цельмо-вич, 2009].
Однако процессы осадконакопления в пещерах зависят от многих факторов и имеют множество индивидуальных характеристик. Поэтому, прежде чем приступить к палеомагнитным исследованиям, необходимо сначала выяснить, пригодны ли породы для палеомагнитного изучения. Это позволяют сделать предварительные магнитные и микрозондовые исследования пород.
ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ
Мезмайская пещера расположена на абсолютной высоте около 1310 м в восточной части Лагонакского нагорья. Пещерная полость, обращенная входом на юго-запад, сформирована в доломитизированных известняках оксфорд-киммериджа верхней юры по правому борту р. Сухой Курджипс (долина р. Белая, бассейн р. Кубань). Пещерная полость имеет высоту у входа до 8.5—9 м, ширину — до 25 м, глубину — около 35 м. Относительная высота пещеры над руслом р. Сухой Курджипс — 150 м. Солнцем прогревается и освещается только привходовая площадка пещеры (рис. 1). Большая же часть пещеры, в том числе и пло-
щадь раскопа, не имеет прямого солнечного освещения. Вход в пещеру возможен только с восточной стороны, под обрывом, по склону, густо поросшему лесом [Golovanova et al.,1999].
Пещера была открыта Л.В. Головановой в 1987 г. и раскапывалась ею и В.Б. Дороничевым в 1988—1995, 1997 и 2001—2008 годах. Предлагаемая статья посвящена магнитным и микрозондовым исследованиям коллекции образцов из разрезов 2002 г. Возраст изученных отложений определяется >73 тыс. л.н. до современности [Голованова и др., 2005; Skinner et al., 2005].
Мезмайская пещерная палеолитическая стоянка является уникальным, многослойным памятником. На сегодняшний день археологически изучено восемь культурных слоев среднего палеолита (слои: 3, 2B4, 2B3, 2B2, 2B1, 2A, 2\1, 2), возраст которых от 73 до 40 тыс. л.н., с многочисленными орудиями неандертальцев. Исследовано также восемь слоев (1D, 1C, 1B, 1A, 1\4, 1\3, 1\2 1\1) верхнего палеолита (от ~39 тыс. л.н. до 10 тыс. л.н.), которые включают многочисленные свидетельства активного обитания Homo sapiens (рис. 2). В самом древнем культурном слое 3 (73—60 тыс. л.н.) найден скелет неандертальца, индивидуальный возраст которого определяется около 1—2 недель [Ponce de Leon et al., 2008]. В настоящее время это единственный новорожденный неандерталец, который к тому же имеет уникальную полноту скелета, включающую 141 кость. В самом позднем слое среднего палеолита (слой 2), датирующимся около 40 тыс. л.н., обнаружены 24 фрагмента черепа неандертальца, имеющего возраст 1—2 года.
+81
+56 +27 -24 -50
-258
Рис. 2. Схема изученного разреза в Мезмайской пещере: 1 — обозначения слоев, 2 — глыбы известняка, 3 — обломки известняка.
Палеоантропологические определения данных находок подтверждены генетическими исследованиями [Golovanova et al.,1999; Briggs et al., 2009].
В Мезмайской пещере весьма важным стратиграфическим уровнем является слой 1D. Этот слой не содержит культурных остатков, но в культурной колонке пещеры маркирует переход между средним и поздним палеолитом. Слой 1D образовался ~39 тыс. л.н. из пепла при сильном извержении вулкана Казбек на Северном Кавказе, что установлено по наличию в слое вулканического стекла.
Не менее важен слой 2В1, который по находкам вулканического стекла также является пеплом, принесенным во время извержения вулкана Эльбрус на Северном Кавказе ~45 тыс. л.н. На слое 2В1 сформировался слой 2А, который содержит также много
Глубина, см 100
3000
K, 10-6 ед. SI
Рис. 3. Магнитная восприимчивость пород разреза.
пепла из слоя 2В1. Однако слой 2А представляет собой культурный слой, в нем есть кострища и находки орудий. В слое 2В1 также найдены единичные кости и кремни, особенно на участках ближе к выходу из пещеры, где слой эродирован. Часть находок могла быть втоптана во время формирования слоя 2А.
МАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОРОД
Из 17 слоев Мезмайской пещеры для магнитных исследований взяты пробы с 42 уровней. Из пород каждого уровня отбора изготовлено по 3 образца-кубика, по которым были определены скалярные магнитные характеристики пород. Магнитная восприимчивость (K) образцов измерена на приборе KLY-2 по трем осям, что позволило определить величину магнитной восприимчивости образцов и грубо оценить анизотропию магнитной восприимчивости. Образцы близки к изотропным. Для определения удельной магнитной восприимчивости пород Куд, образцы взвешивались.
Минимальная величина К = 50-57 х 10-6 SI соответствует породам слоя 2, на котором залегает слой 1D. Максимальные значения К у образцов из слоя 1С и низов слоя 1B (2511-644 х 10-6 SI), см. табл. 1. и рис. 3. Можно предположить, что в слое 1С проба взята из углистой прослойки или обожженного осадка, т.е. максимальные значения К обусловлены деятельностью древнего человека.
Относительная величина магнитных зерен пород оценена по нормировке безгистерезисной остаточной намагниченности ARM, созданной в переменном магнитном поле 90 mT в присутствии постоянного магнитного поля 0.05 mT к изотермической остаточной намагниченности IRM, полученной в постоянном магнитном поле 1.5 T (рис. 4а). Значения ARM и IRM измерены на JR-4. Установлено [Evans, Heller, 2003], что, если в образцах отношения ARM/IRM низкие, то породы обладают более крупными магнитными зернами. На рис. 4а видно, что в средней части разреза, где залегают слои: 2B3, 2B2, 2B1, 2A, 2, 1D, 1C, 1B, и в нижней части с
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.