2. Методы изучения четвертичных отложений

Геология квартера связана с обширным перечнем естественных и гума­нитарных наук, арсенал ее методов разнообразен. Методы, используемые наиболее часто, объединяют в три группы: стратиграфического расчлене­ния, абсолютной геохронологии и определения генезиса отложений. Такое объединение достаточно условно – один и тот же метод нередко можно применять для решения разных задач.

2. 1. Методы стратиграфического расчленения четвертичной толщи

Стратиграфия четвертичной толщи опирается на климатический принцип – четвертичные отложения делятся на группы, формировавшиеся в ледниковых и межледниковых условиях. Применяют методы палеонтологические, палеомагнитный, изотопно-кислородный и другие.

Палеонтологические методыпосвящены изучению останков (отпечатков) живых организмов и делятся на две группы: палеофлористические (палеоботанические) и палеофаунистические (палеозоологические). Залегающие в горных породах окаменевшие органические останки называются фоссилиями (от лат.fossilis– ископаемый). Комплекс органических останков, содержащихся в породе, называется ориктоценозом (от греч.oriktos– ископаемое,kenos– общий).

В геологии четвертичных отложений изучение фоссилий направлено на восстановление фаунистических и флористических комплексов с целью палеоклиматических реконструкций и стратиграфического расчленения.

В разрезе четвертичной толщи чередуются ледниковые и перигляциальные отложения холодных этапов, и насыщенные органикой осадки теплых этапов. Гляциальные образования являются палеонтологически немыми – обнаруженные в них фоссилии переотложены, что не позволяет оценить возраст накоплений. Информация о развитии органического мира содержится в отложениях теплых этапов, а также в слоях, формировавшихся за пределами ледников.

Палеофлористические методыделятся на две группы: изучения микрофоссилий (пыльцы, спор и водорослей) и макрофоссилий (плодов, семян и отпечатков растений).

Палинологический(спорово-пыльцевой) анализ лежит в основе стратиграфии четвертичных накоплений Беларуси – устойчивые ко внешним воздействиям споры и пыльца сохранились во многих генетических типах отложений. Суть метода следующая. Из слоя берут образец отложений, выделяют споры и пыльцу, определяют видовой состав растительности. Процентное содержание зерен пыльцы или спор каждого вида образует палинологический спектр, характеризующий растительность и климат. При отборе серии образцов – снизу вверх по горизонту – получают сведения о динамике растительности. Результаты анализов графически изображаются в виде палинологических диаграмм. Сумма палинологических спектров дает палинологический комплекс, отличающийся для каждого межледниковья. Лучше всего пыльца и споры сохраняются в торфе, сапропеле и других органогенных накоплениях.

Палеокарпологическийметодопирается на изучение плодов и семян. Наиболее пригодны осадки болотные и озерные, погребенные почвы.

Диатомовыйметодбазируется на изучении кремневых створок диатомовых водорослей, обитающих в пресных и соленых водах. Диатомеи чутко реагируют на смену условий, их кремневые створки прекрасно сохраняются и широко распространены в четвертичной толще.

Палеофаунистические методыопираются на исследование фаунистических комплексов – сообществ видов животных, одновременно обитавших на одной и той же территории. В геологии квартера обычно изучают останки млекопитающих, моллюсков и планктона.

Териологическийметодпосвящен исследованию останков млекопитающих. Кости крупных млекопитающих содержатся в русловом аллювии равнинных рек, овражно-балочном пролювии, карстовых полостях. В большинстве случаев фоссилии разрозненны. Датировка отложений по ним почти невозможна – велика вероятность, что кости переотложены. Целые скелеты чаще приурочены к торфяникам, а в многолетнемерзлых породах иногда обнаруживаются целые туши животных.

Микротериофаунистическийметод– для изучения останков мелких млекопитающих (грызунов, насекомоядных, рукокрылых и др.), приуроченных к тем же типам отложений и к горизонтам погребенных почв. Чаще всего находки представлены зубами, защищенными покровом эмали.

Малакофаунистическийметод используют для изучения раковин моллюсков. С его помощью изучены разрезы лессовых пород, содержащие погребенные почвы – доказано, что климат времени накопления лессов был гораздо суровее климата этапов почвообразования.

Остракодологическийанализиспользуется при изучении пресноводных и морских отложений. Остракоды – мелкие ракушковые рачки. Большинство останков находят в озерных, шельфовых и лиманных отложениях, в старичном и пойменном аллювии. Изучение остракод позволяет выявить колебания температур и солености, глубины и динамики вод.

Фораминиферовыйанализприменим только к морским осадкам. Фораминиферы (корненожки) – морские бентосные или планктонные простейшие с известковой раковиной. Служат индикаторами температуры и солености вод, содержания растворенного кислорода, глубины бассейна.

По сходному принципу используют палеопедологическийанализ– изучения погребенных почв. Ископаемые почвы отражают совокупность природных условий времени своего формирования, по ним возможны палеоклиматические реконструкции. Наиболее эффективно палеопедологический анализ применяют в изучении лессовых пород.

Палеомагнитный методопирается на изменчивость знака намагниченности полюсов и их местоположения – эти параметры фиксируются кристаллами магнитных минералов, оседающими в неподвижной среде. Результаты исследований позволяют коррелировать время осадконакопления на удаленных территориях. Изучают образования эффузивные, морские, озерные, аллювиальные, лессовые.

В истории планеты неодинакова продолжительность этапов постоянного знака полярности и расположения магнитных полюсов. Смена знака полярности называется инверсией магнитного поля.

Магнитные эпохи(хроны) – длительные отрезки (сотни тысяч лет) постоянства знака намагниченности полюсов.

Магнитные эпизоды – кратковременные инверсии магнитного поля (внутри магнитных эпох).

Магнитные экскурсы– время значительного смещения и возврата геомагнитного полюса.

Магнитные эпохи кайнозоя пронумерованы начиная от современной: Брюнес – первая. Эпохи с нечетными номерами обладают прямой (нормальной) полярностью, с четными – обратной. Предшествующие геомагнитные эпохи именуются Матуяма (№ 2), Гаусс (№ 3), Гильберт (№ 4).

Последняя инверсия эпохи произошла 780 тыс. лет назад – границу называют “Матуяма – Брюнес”. Этот рубеж совпадает с началом квартера во многих стратиграфических схемах, в том числе в унифицированной схеме четвертичных отложений Беларуси. Существует мнение, что нижняя граница квартера лежит ниже – близ кровли слоя, накопившегося во время эпизода прямой полярностиОлдувей, примерно 1,76 млн лет назад [3].

Изотопно-кислородный метод. Разработан американским геохимиком Ч. Эмилиани, применим для изучения морских осадков. Используется и для региональной стратиграфии, и для глобальных корреляций. Скелеты морских животных (фораминифер) содержат изотопы кислорода¹⁸О и¹⁶О, доля которых зависит от температуры и солености воды: падение температуры на 1 ºС влечет рост доли¹⁸О на 0,02 %. Соленость вод в ледниковые этапы росла, в межледниковья падала – отношение¹⁸О/¹⁶О для ледниковых этапов повышено, для межледниковых понижено. Морские осадки верхнего кайнозоя делят на изотопно-кислородные ярусы начиная от современности. Нечетным номерам отвечают теплые этапы, четным – холодные.