8.4. Геохимический метод

Расчленение и корреляция отложений геохимическим методом ос­нованы на изучении характера распределения и миграции химических элементов в земной коре. Основное внимание при этом уделяется вы­явлению в разрезах повышенных или пониженных концентраций отдель­ных химических элементов и границ, отмечаемых резкими перепадами этих концентраций. При изучении литологически однородных толщ, в которых не наблюдается существенных изменений содержания хими­ческих элементов, не всегда удается расчленить разрез с достаточной степенью детальности. В этом случае определенную помощь может оказать изучение изменения связей между элементами и образуемых ими ассоциаций.

Применение геохимического метода для расчленения и корреляции отложений основано на учении о миграции, рассеянии и концентрации

химических элементов в земной коре, основы которого изложены в ра­ботах В. М. Гольдшмита, В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана, Н. А. Сау-кова, А. И. Перельмана и других.

-134-

Одно из положений этого учения — представление о всеобщем рас­сеянии элементов в горных породах земной коры, на фоне которого повышенная концентрация отдельных элементов является закономер­ным (хотя и необязательным) результатом геохимической миграции ато­мов.

Характер миграции атомов, или их геохимическая подвижность, за­висит от физико-химических свойств элементов и от внешних условий их миграции. Поскольку физико-химические свойства элементов прак­тически постоянны, геохимическая специализация различных типов отложений, выраженная в различной тенденции элементов к накопле­нию, контролируется почти исключительно внешними условиями миг­рации.

Если химические элементы расположить в ряд по миграционной способности, то при равных физико-химических условиях их миграции каждый элемент будет занимать в этом ряду строго определенное по­ложение. Изменение внешних физико-химических условий влечет за собой изменение миграционной способности элементов и перестройку ряда их геохимической подвижности. Ряд геохимической подвижности элементов в пределах данного геологического тела всегда отражает условия формирования этого тела. Отсюда следует принципиальная возможность выявления в разрезе на основе геохимических исследо­ваний различных по условиям формирования типов отложений и про­слеживания этих отложений по латерали.

Значение геохимического метода для стратиграфии, как правило, вспомогательное. Наиболее эффективен геохимический метод для рас­членения и корреляции внешне однородных осадочных толщ, слабо охарактеризованных органическими остатками.

8.5. Климатостратиафия

(климатостратиграфический метод)

Климат (от греч. klima, родительный падеж klimatos, буквально — наклон; подразумевается наклон земной поверхности к солнечным лу­чам)— многолетний режим погоды, свойственный той или иной мест­ности на Земле и являющийся одной из ее географических характери­стик. При этом под многолетним режимом понимается совокупность всех условий погоды в данной местности за период несколько десятков лет; типичная годовая смена этих условий и возможные отклонения от нее в отдельные годы; сочетания условий погоды, характерные для различ­ных ее аномалий (засухи, дождевые периоды, похолодания и прочее).

Около середины XX в. понятие климат, относившееся ранее только к условиям у земной поверхности, было распространено и на высокие слои атмосферы.

-135-

Воздействие географических факторов на климат

Климатообразующие процессы происходят при воздействии ряда географических факторов, основными из которых являются:

1. Географическая широта, определяющая зональность и сезонность в распределении приходящей к Земле солнечной радиации, а с нею и температуры воздуха, атмосферного давления и пр.

2. Высота над уровнем моря.

3. Распределение суши и моря.

4. Орография.

5. Океанические течения.

6. Характер почвы, в особенности ее отражательная способность (альбедо) и влажность.

7. Растительный покров.

8. Снежный и ледовый покровы.

9. Состав воздуха.

Под климатостратиграфией понимается система приемов и мето­дов палеоклиматических реконструкции, предназначенных для дроб­ного (внутриярусного) стратиграфического расчленения и межрегио­нальной корреляции осадочных образований. Климатостратиграфичес­кий анализ существенно увеличивает дробность стратиграфического расчленения осадочных толщ и помогает более надежно коррелиро­вать выделяемые подразделения. Однако ввиду того, что в геологичес­кой истории климатические условия часто были неустойчивыми и до­вольно быстро менялись, этот метод может с успехом применяться и для расчленения более древних отложений, особенно тех эпох и пери­одов, которые характеризовались быстрой сменой контрастных кли­матических условий. Практически это ледниковые эпохи в широком по­нимании, возникавшие на Земле вслед за перемещением крупных по площади материковых глыб в околополюсные широты — поздний ри-фей, ордовик, пермо-карбон и поздний кайнозой. Наиболее эффектив­ны методы климатостратиграфии для подразделений и корреляции пли­оценовых и четвертичных отложений.

Климатостратиграфия— это системный подход, подразумеваю­щий использование комплекса методов (литологического, палеонтоло­гического, геохимического, геоморфологического, изотопного и др.) для установления направленности и амплитуды климатических изменений. Каждый из этих методов сам в какой-то мере способен свидетельство­вать о температурном режиме и увлажненности в момент формирова­ния отложений. Но достоверные результаты можно получить лишь при условии их совместного использования.

Исходным в климатостратиграфии является понятие о климатичес­ком цикле.

-136-

Каждый цикл характеризуется определенным, свойствен­ным только ему распределением тепла, влаги и ландшафтных усло­вий, которые отражаются на составе органического мира, особеннос­тях денудации и аккумуляции осадков. Эмпирическим путем показа­но, что во времени каждый из параметров климата изменяется по вол­нообразной кривой, где пики и книксены¹²⁴ температур предшествуют максимумам и минимумам увлажнения. На этом основании было ус­тановлено, что каждый климатический цикл состоит из четырех ста­дий:

• тепло — сухо;

• тепло — влажно;

• холодно — влажно;

• холодно — сухо.

Эти стадии объединяются в две полуволны: теплую и холодную (теп-лообеспеченность), с одной стороны, и влажную и сухую (увлажнен­ность)— с другой.

Процесс осадконакопления подчиняется климатическому и текто­ническому режимам, которые соответственно отражаются на минераль­ном составе и геохимических особенностях отложений и на находящих­ся в них органических остатках.

Например, иссушение климата вызывает усиление эрозии и скло­новых процессов в речном бассейне точно так же, как и тектоническое воздымание территории. И оба воздействия одинаковым образом бу­дут отражены на гранулометрической кривой и в фациальном облике отложений. Увлажнение климата, наоборот, вызывает тот же отклик в осадконакоплении, что и тектоническое погружение.

Наиболее ярко и отчетливо климатические воздействия проявляют­ся в континентальных и мелководно-осадочных образованиях, возник­ших в условиях спокойного тектонического режима, а тектонические воздействия оказываются наиболее сильными в подвижных поясах Зем­ли. Поэтому климатостратиграфические исследования преимуществен­но проводятся для платформенных областей.

Главный фактор, осложняющий климатостратиграфические постро­ения, — климатическая зональность. В высоких (50—80°) широтах глав­ными в изменении климата являются колебания температур, амплиту­да которых увеличивается с широтой, в то время как в средних широтах (20—40°)— колебания увлажненности. Поэтому все экзогенные про­цессы и живые организмы в высоких широтах сильнее реагируют на изменение теплообеспеченности, а в средних широтах— на измене­ние увлажненности.

¹²⁴ [нем. Kniksen] — короткое, неглубокое приседание.

-137-

Каждому климатическому циклу с двумя полуволнами и четырьмя ста­диями в разрезе отвечает определенный седиментационный цикл. Кпима-тоседиментационные циклы представляют собой хорошо картируемые геологические тела¹²⁵. Климатические циклы не только фиксируются в составе отложений, но устанавливаются по изменению содержащихся в них спорово-пыльцевых комплексов, видового и родового состава расти­тельности, изменчивости растительных ассоциаций и фаунистических ком­плексов и их геохимических особенностей, на основе которых определя­ются температурные условия среды обитания организмов.

Климатические события ввиду тесной зависимости климата от пе­риодических воздействий внешних факторов и от изменения земных климатообразующих явлений обладают масштабностью ритмических изменений. По диапазону климатических колебаний выделяют циклы различной продолжительности— от годовых (ленточная слоистость, слоистость в горючих сланцах) до глобальных, продолжительностью 180—250 млн. лет.

Климатостратиграфический метод дополняет биостратиграфичес­кий, но не является самостоятельным. В то же время он позволяет бо­лее детально расчленять и сопоставлять многие ярусы фанерозоя.

8.3.1. Особенности геологических исследований

в рамках климатостратиграфического метода

Так как климатостратиграфия выделяет собственные стратиграфи­ческие подразделения, используемые для расчленения и корреляции разрезов, обычно бывает недостаточно проведения только формаци-онного анализа, использования литолого-минералогических и палеон­тологических индикаторов климатов прошлого.

• для детальных палеоклиматических реконструкций эффективно применяется выявление и классификация текстурных особенностей пород;

• тщательное выявление, описание и диагностика погребенных почв (палеопедология);

• минералогический анализ олигомиктовых и полимиктовых мине­ральных ассоциаций, аутигенных компонетов;

• изучение физических и механических свойств осадочных образо­ваний (плотность, пластичность, влагоемкость, компрессионные свой­ства и т. п.);

• изучение химического состава отложений, особенно в горизонтах гипергенного преобразования (коры выветривания, почвы и т. п.);

125 Поэтому в стратиграфическом кодексе существуют специальные клима-тостратиграфические подразделения — климатолит, стадиал, наслои.

- 138-

• палеонтологическое изучение миграций биоценозов, обусловлен­ное изменениями климата, и в частности исследования изменения па­линологической зональности как важнейшего индикатора стадийных особенностей изменений климата;

• применение методов количественной термометрии — кальциево-магниевого, кальциево-стронциевого отношений, изотопно-кислородно­го, изотопно-углеродного и аминокислотного для получения значений температуры морских бассейнов, их солености и изотопного состава вод.

8.5.2. Климатостратиграфические подразделения

Климатостратиграфические подразделения — это совокупности гор­ных пород, признаки которых обусловлены периодическими изменени­ями климата, зафиксированными в особенностях вещественного состава пород и ассоциаций остатков организмов, преимущественно раститель­ных, с учетом длительности формирования стратонов соответствую­щего ранга.

Климатостратиграфические подразделения используются для чет­вертичных и неогеновых отложений. Возможно их использование и для более древних образований.

Границами климатостратиграфических подразделений являются па-леоклиматические рубежи, выраженные в изменении литологического состава отложений, в смене ассоциаций организмов — климатических индикаторов, геохимической среды, седиментационных или диагенети-ческих текстур и т. д.

Климатостратиграфические критерии используются для выделения региональных климатостратиграфических подразделений и наиболее дробных единиц общей стратиграфической шкалы — раздела, звена и ступени; в последнем случае эти критерии становятся определяющими.

Таксономическими единицами региональных климатостратиграфи­ческих подразделений являются климатолит, стадиал и наслои.

Региональные климатостратизрафические подразделения

КЛИМАТОЛИТ — основная таксономическая единица региональных климатостратиграфических подразделений — представляет собой со­вокупность горных пород, сформировавшихся во время одного клима­тического полуритма интенсивного похолодания (криомер) или потеп­ления (термомер), проявленного в региональном масштабе. В средних широтах он отвечает ледниковью или межледниковые, в тропическом поясе — влажному (плювиал) или сухому (арид) климату.

-139-

Климатолиты, как правило, соответствуют региональным горизон­там, выделяемым в четвертичных отложениях, а из подразделений об­щей шкалы —ступеням. Климатолит должен иметь стратотип, который может быть ареальным. В качестве геохронологического эквивалента климатолита употребляются термины, соответствующие ступени, т. е. «криохрон» и «термохрон».

СТАДИАЛ —таксономическая единица региональных климатостра-тиграфических подразделений, подчиненная климатолиту. Геохроноло­гическим эквивалентом стадиала является стадия. Стадиал тоже дол­жен иметь стратотип, который может быть ареальным.

НАСЛОЙ — низшая таксономическая единица региональных кли-матостратиграфических подразделений, подчиненная стадиалу или не­посредственно климатолиту. Наличие стратотипа необязательно, од­нако необходимо указание наиболее представительного разреза. Гео­хронологическим эквивалентом наслоя является осцилляция.