Тема V. Основы четвертичной геологии

Четвертичная (антропогеновая) система существенно отличается от остальных систем фанерозоя и ее изучение выделилось в отдельную научную дисциплину – четвертичную геологию. Ее обособление обусловлено своеобразием используемых методических приемов исследования и спецификой комплекса разрабатываемых проблем.

Четвертичный период – последний и относительно краткий отрезок геологической истории (по разным представлениям составляет от 0,8 до 3,5 млн лет; до недавнего времени официально принятая в России продолжительность составляла 1,806 млн лет, а с 2011 г. – 2,588 млн лет), на протяжении которого рельеф Земли, площади и очертания ее морей и суши практически не отличались от современных. Морские отложения, покрывающие дно морей и океанов, преобладают в составе четвертичной системы. Однако их изучение связано с большими трудностями. Поэтому основным объектом четвертичной геологии остаются отложения, развитые в пределах суши, где господствуют континентальные отложения.

Континентальные четвертичные отложения распространены на поверхности суши практически повсеместно, образуя сплошной сомкнутый покров или локализуясь преимущественно в депрессиях рельефа. Обычно они слагают разобщенные тела, находящиеся в сложных взаимоотношениях прислонения и латеральных переходов, чаще всего располагаясь на разновысотных уровнях. Поэтому их генезис, обстановку образования и возрастные различия невозможно понять без анализа истории развития рельефа. В связи с этим первостепенное значение приобретают геоморфологические исследования как предпосылки литогенетических и стратиграфических построений.

Большая пестрота литологического состава и сложное строение покрова четвертичных континентальных отложений сильно осложняют фациальный анализ, без применения которого трудно или невозможно решить генетические и стратиграфические задачи. Этот анализ успешно осуществляется только на базе учения о генетических типах континентальных отложений.

Основные особенности четвертичного периода и его отложений Основные особенности квартера

СЛАЙД 1

1. Малая продолжительность.

[На самостоятельное обдумывание]

2. Колебания климата и оледенения. Важнейшая особенность антропогена – глобальные колебания климата, которые выражались в неоднократной смене холодных и теплых эпох разной продолжительности и интенсивности. В средних и высоких широтах сильным и длительным похолоданиям соответствовали ледниковья (гляциалы), длительным потеплениям – межледниковья (интергляциалы). В аридной зоне и субтропиках чередовались эпохи увлажнения – плювиалы и иссушения – ариды.

Существует множество гипотез, объясняющих изменение климата. Одни из них связывают его с космическими причинами, другие – свойствами самой Земли как планеты, или событиями, происходящими на ней.

СЛАЙД 2

Глобальные периодические изменения климата, прежде всего, связывают с неодинаковым поступлением на ее поверхность солнечного тепла, что может быть вызвано изменением солнечной активности. Известны различные по продолжительности циклы изменения солнечной активности, наименьший из которых имеет продолжительность в 11 лет. Поскольку положение Земли относительно Солнца периодически изменяется, это приводит к перераспределению солнечного тепла на ее поверхности во времени.

Для Земли характерны периодические изменения формы земной орбиты (эксцентриситета), наклона земной оси к плоскости ее орбиты (эклиптики) и ориентировки оси в пространстве. Длительность периодов изменения этих параметров равна, соответственно, 90, 40 и 21 тыс.лет.

При движении Земли вокруг Солнца изменение каждого из этих параметров существенно влияет на количество солнечного тепла, поступающего на различные участки земной поверхности. Их суммарное влияние было изучено сербским исследователем Милутином Миланковичем, который построил результирующую кривую изменения количества солнечного тепла, поступающего на Землю, за последние 600 тыс.лет. Эта кривая хорошо коррелируется со временем основных оледенений северного полушария.

Изменения климата Земли в целом, вызванные космическими или глобальными причинами, усиливаются процессами, происходящими на Земле. Так тектонические движения ведут к увеличению высоты материков и росту гор. Увеличение высоты суши на 100 м вызывает похолодание в среднем на 0,6°. Таким образом, в постоянно растущих горах температура должна была повыситься на несколько градусов. Некоторые даже связывали оледенения только с ростом гор, однако рост гор не может объяснить множественности и периодичности оледенений.

На климат влияет и расширение поверхности материков и изменение их очертаний. В северной Атлантике в квартере возник подводный порог, резко сокративший приток теплых вод Гольфстрима в на север. Северный Ледовитый океан стал изолированным, а его ледяная поверхность стала самостоятельным фактором охлаждения. Согласно концепции британского ученого К.Брукса, достаточно начального понижения среднегодовой температуры на полюсах на 1/3°С, чтобы вызвать цепное понижение температуры в высоких и средних высотах и появление ледников в полярной зоне.

Таким образом, климат Земли и его изменчивость подвержены влиянию многих факторов разного уровня. В последнее время (прежде всего – в период после окончания II Мировой войны) на климат Земли значительное влияние стал оказывать техногенный фактор. В силу многоплановости и сложности проблемы его влияния на климат, мы не будем на этом детально останавливаться (это – другой разговор).

СЛАЙД 3

Глобальные колебания климата вызывали крупные эвстатические колебания уровня океана и изменяли его температурный режим:

• эпохи оледенений – регрессии – температура воздуха понижается, растет количество осадков, выпадающих в виде снега, реки замерзают, тем самым, сокращается количество воды, поступающей в Мировой океан; значительные объемы воды консервируются в ледниковых покровах;

• эпохи межледниковий – трансгрессии – вызваны таянием ледников.

В последнее оледенение понижение уровня морей и океанов составило 80-130 м. По некоторым оценкам, средне- и ранненеоплейстоценовые оледенения могли вызвать понижение уровня океана на 270 м, причем есть мнения, что понижение было еще более существенным.

На повышение уровня океана влияет и текущее потепление климата. За последние 100 лет он повысился в среднем на 12 см, а к 2100 г. может подняться еще на 0,5-1 м. Если же предположить, что растает весь материковый лед Гренландии и Антарктиды, то уровень Мирового океана поднимется на 66,3 м.

СЛАЙД 4

Мы уже говорили о том, что развитие покровных оледенений вызывают нарушения изостатического равновесия земной коры, что влечет за собой вертикальные движения земной коры. Данные движения связаны с перераспределением материала в верхней мантии, что вызывает поднятие участков поверхности, прилегающих к ледниковым покровам.

С учетом упругости и пластических свойств пород, слагающих земную кору, опускание земной поверхности под ледниковым покровом должно быть равным, по расчетам М.Рудзского, примерно трети мощности льда. То есть, при мощности льда Скандинавского ледникового покрова в 3 км, покрытая им территория в квартере прогибалась примерно на 830 м (это согласуется с имеющимися данными по Антарктиде, где при мощности льда 3-4 км поверхность прогнута на 900-1000 м). Скорость изостатических поднятий, которые испытывают территории, некогда занятые льдом, неравномерны во времени: непосредственно после дегляциации она достигала 5-6 см/год, а затем уменьшилась до 1-2 см/год (современное поднятие Фенноскандии оценивается в 9 мм/год).

Нельзя забывать и о влиянии общего похолодания климата квартера по сравнению с неогеновым, и его колебаний, на изменения, которые переживали экологические системы Земли в целом и такие их важные компоненты, как флора и фауна. [Продумать самостоятельно]

СЛАЙД 5-6