2.1.2. Палеофлористические методы

Среди палеофлористических методов ведущее место занимает палинологический (спорово-пыльцевой) анализ. Он основан на изучении состава растительности по составу спор и пыльцы, выделенных из изучаемых отложений. Из хорошо зачищенных обнажений отбирают пробы весом 150-200 г с интервалом 10-15 см. Может быть опробован также керн скважин. Пробы с кратким описанием разреза и указанием мест отбора передают в палинологическую лабораторию. Там они подвергаются специальной обработке, которая позволяет выделить споры и пыльцу. Под бинокулярным микроскопом палинологи определяют их видовую принадлежность. Из каждого образца необходимо получить не менее 100 определений, на основе которых составляется спорово-пыльцевая диаграмма. Она представляет совокупность кривых распределения по разрезу выделенных видов пыльцы и спор. Используя специальные методики пересчетов состава спорово-пыльцевых спектров, палинологии делают заключение о палеогеографических и палеоклиматических условиях формирования и возможной стратиграфической принадлежности изучаемых отложений. Палинологический анализ сыграл важнейшую роль в становлении и развитии четвертичной геологии. Он не потерял своей актуальности и в настоящее время.

Более ограниченными возможностями обладает метод изучения диатомовых водорослей. Он применим только для субаквальных отложений и позволяет определять палеотемпературные условия водоемов. Отбор проб, их обработка и изучение сходны с палинологическим анализом, хотя и отличаются рядом особенностей.

Применяются также палеокарпологический анализ, основанный на изучении ископаемых плодов, семян растений, а также палеоботанический анализ, в котором исследуются отпечатки и остатки листьев, стеблей растений. Эти методы чаще всего применяются при изучении торфяников.

2.1.3. Физические методы

Среди разнообразных физических методов, применяемых в стратиграфических исследованиях четвертичных отложений, необходимо выделить палеомагнитный, термолюминесцентный, радиоуглеродный, калий-аргоновый, изотопно-кислородный методы.

Палеомагнитный метод основан на изучении остаточной намагниченности горных пород, фиксирующей параметры палеомагнитного поля Земли. Среди этих параметров выделяются эпохи прямой и обратной полярности магнитного поля, относительно кратковременные эпизоды изменения полярности. На основе этих и других параметров разработана палеомагнитная шкала, охватывающая не только квартер, но и более древние этапы геологического развития. При изучении новейших (неоген-четвертичных) отложений в качестве главных хронов в палеомагнитной шкале выделяют эпоху Гильберт (Джильберт) с обратной полярностью, охватывающую миоцен и часть плиоцена до рубежа 3,58 млн. лет назад. В ее плиоценовой части установлены четыре эпизода прямой полярности во временных интервалах (в млн. лет): 5,23–4,98; 4,89-4,80; 4,62-4,48; 4,29-4,18. Эпоха Гаусс с прямой полярностью выделяется в интервале от 3,58 до 2,58 млн. лет назад, соответствует средней части плиоцена, содержит два эпизода обратной полярности в интервалах времени: 3,33-3,22; 3,11- 3,04 млн. лет назад. Ее верхняя возрастная граница (2,58 млн. лет назад) в европейской стратиграфической схеме принимается за начало четвертичного периода. Эпоха обратной полярности Матуяма охватывает верхний плиоцен и часть четвертичного периода (эоплейстоцен) в интервале от 2,58 до 0,78 млн. лет назад. Она содержит четыре эпизода прямой полярности: 2,15-2,14; 1,95-1,77; 1,21-1,20; 1,07-0,99 млн. лет назад. Последняя эпоха – Брюнес сопоставляется с неоплейстоценом и голоценом и характеризуется современной (прямой) полярностью. Главной особенностью палеомагнитной шкалы является ее глобальный характер, позволяющей осуществлять корреляцию разрезов, весьма далеко отстоящих друг от друга. Для палеомагнитного анализа пробы отбирают из отложений (преимущественно глинисто-песчаных, эффузивно-осадочных и эффузивных пород), содержащих в качестве примесей минералы ферромагнетики. Из одного слоя (одна проба) отбирают не менее 30 (для статистической оценки) ориентированных по странам света, с указанием положения «верх-низ» штуфов в форме куба с размером грани 1 дюйм (примерно 2,5 см). Каждый куб заключают (заклеивают) в специально подготовленную оболочку из плотной бумаги (крафта). Образцы отправляют в палеомагнитную лабораторию, где после серии специальных обработок определяются параметры древнего магнитного поля. При отборе проб необходимо использовать только немагнитные инструменты.

Термолюминесцентный анализ (термолюм) основан на свойстве некоторых минералов (в частности, кварца) накапливать за время нахождения на свету (на поверхности Земли) солнечную энергию - светосумму. При нагревании примерно до 400ºС минералы начинают излучать свет (явление термической люминесценции). После перехода минерала в погребенное состояние интенсивность излучения постепенно снижается в зависимости от длительности пребывания минерала в этом состоянии. Путем расчета эталонной шкалы люминесценции можно определить продолжительность отрезка времени, прошедшего с момента захоронения минерала. В последнее время используется более совершенные варианты метода – измерение люминесценции кварцевых песчинок, стимулированной светом в узких зонах оптического диапазона (OSL – метод) или инфракрасным излучением (IRSL – метод). Надежность датирования ограничена 150 тысячами лет для водноосажденных и 300 тысячами лет для эоловых (лёссовых) толщ. При этом ошибка определения возраста может достигать 20%. Для получения корректных результатов необходимо иметь не менее трех OSL дат по одной пробе.

Радиоуглеродный метод основан на измерении соотношения изотопов углерода с номерами 14 и 12. Допускается, что их соотношение в природной среде и в живом организме, обменивающимся веществом с этой средой, постоянно во времени. При гибели организма и прекращении обмена это соотношение изменяется за счет распада радиоактивного изотопа углерода 14. Для определения абсолютного возраста могут быть использованы различные органические остатки (кости, растительный детрит, гумус ископаемых почв). Наиболее надежные результаты могут быть получены по костным остаткам. Пределы измерения возраста обычно не превышают от современности 50 тыс. лет назад. При отборе проб следует соблюдать особую осторожность, чтобы не засорить пробу современной органикой. Новая разновидность радиоуглеродного анализа – радиоуглеродный метод анализа микрообъемов органики - AMS – метод (ускорительная масс-спектроскопия) позволяет выбирать микрообъемы наиболее надежной органики и повышать порог чувствительности метода до 60-70 тыс. лет.

Калий-аргоновый метод применяется для определения возраста отложений не моложе 100 тыс. лет. В качестве проб используются органические остатки.

Изотопно-кислородный метод в последнее время признан в качестве важнейшего метода как глобальной, так и региональной стратиграфической корреляции. Он базируется на изучении океанических осадков, накапливавшихся практически непрерывно в продолжение четвертичного периода и поэтому позволяющих получить полную информацию о глобальных циклах изменения климата. В методе измеряется соотношение двух стабильных изотопов кислорода (шестнадцатого – «легкого» и восемнадцатого – «тяжелого»), содержащихся в раковинах фораминифер. В ледниковые периоды испаряющаяся влага (обогащенная «легким» кислородом) накапливается в ледниках, а в океанах при этом увеличивается содержание «тяжелого» кислорода. При потеплении климата ледники тают, вода с «легким» кислородом возвращается в океан, количество кислорода 18-го уменьшается. В живых организмах, формирующих раковину, эти отношения закрепляются и «консервируются» в карбонате раковины при отмирании организма. В настоящее время выполнен большой объем аналитических работ по донным осадкам в различных океанах. Результаты этих анализов показали высокую степень их сходимости и позволили составить изотопную кривую, отражающую глобальные изменения климата. На этой кривой все крупные пики, соответствующие повышенным содержаниям «тяжелого» кислорода, выделены в качестве морских изотопных стадий (МИС) и пронумерованы сверху вниз. При этом холодные (ледниковые) стадии обозначены четными числами, а межледниковые – нечетными. Изотопная кривая характеризуется высокой степенью сходимости с кривыми Миланковича, полученными при анализе астрономических данных об особенностях движения планеты. Их сопоставление друг с другом, с данными палеомагнитной шкалы и результатами определения абсолютного возраста океанических осадков позволяет получить надежную основу для глобальных корреляций региональных стратиграфических шкал.