Древнее оледенение и жизнь - Леонид Серебрянный

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ИСТОРИИ ОЛЕДЕНЕНИЙ

В предыдущей главе приводился ряд величин абсолютного возраста, иллюстрирующих историю новейшего ледникового этапа. Возникает вопрос: каким путем были получены эти геохронологические показатели и другая палеогляциологическая информация?

Здесь прежде всего надо сказать, что реконструкции истории оледенений непосредственно основываются на материалах изучения ледниковых и других генетически связанных с ними отложений. Наиболее полной информацией мы располагаем об отложениях четвертичной системы. Методы их изучения в принципе мало отличаются от обычных стратиграфических методов, применяемых в геологии. Все решает последовательность напластования. Однако в одном разрезе четвертичных отложений редко встречается более двух моренных горизонтов, и очень трудно найти разрезы, полностью вскрывающие весь комплекс ледниковых отложений. Нередко во время молодых оледенений происходила полная или частичная переработка более древних морен.

Несмотря на пробелы в геологической летописи событий, изучение самих морен дает чрезвычайно ценный материал для реконструкции динамики ледниковых покровов и обстановок моренонакопления. В современных условиях практикуется сопряженный анализ вещественного состава и строения морен, включающий гранулометрический и петрографический состав, изучение формы крупных обломков, минеральный состав мелкозема, ориентировку удлиненных обломков и т. д. Полученные данные позволяют конкретно представить себе общий характер и направление движения древних ледников, их температурный режим, взаимодействие с подстилающим ложем и другие принципиально важные индикаторы. В меньшей степени литологические материалы способствуют установлению последовательности событий, особенно при отсутствии надежной геохронологической привязки.

Важное значение для определения возраста и пространственных корреляций морен играет ископаемая флора и фауна межледниковых отложений, но интерпретация этих данных осложняется из-за неоднократных миграций организмов, обусловленных изменениями климата. Прямой путь для геохронологических исследований открывает изотопная хронометрия, которая за последние десятилетия достигла больших успехов. Применявшиеся ранее методы датирования геологических событий по изотопам урана и свинца, имеющим большие периоды полураспада, мало подходили для изучения четвертичного периода, который в целом относительно непродолжителен.

Весомый вклад в исследование четвертичной истории внесло радиоуглеродное датирование. Этот метод основан на объективных закономерностях радиоактивного распада и отличается высокой точностью по сравнению со многими другими геохронологическими методами. Радиоактивный углерод (14С) образуется в атмосфере при бомбардировке атомов азота космическими лучами, затем при окислении он входит в состав углекислоты, которая усваивается растениями и попадает в организмы животных. При жизни растений и животных поддерживается равновесие концентрации 14С в природе. С гибелью организма это равновесие нарушается, так как происходит только распад 14С с образованием азота. Период полураспада 14С составляет 5570 лет, и с теоретических позиций применение радиоуглеродного метода не превышает 50 тыс. лет.

Контроль метода был проведен на археологических образцах известного возраста и годичных кольцах деревьев. Величины возраста, полученные разными методами, обнаружили четкую сходимость в пределах последних 5000 лет, Для более древнего периода контроль, к сожалению, не был осуществлен, в частности, из-за отсутствия столь долго живущих деревьев. Однако имеются случаи хорошей согласованности результатов датирования разнотипных материалов, взятых из одного горизонта. При оценке точности радиоуглеродных датировок надо принимать во внимание возможность ошибок за счет загрязнения образцов углеродом более молодого и более древнего возраста. С этой целью проводится исследование темпов образования 14С в верхних слоях атмосферы. В качестве образцов берутся годичные кольца деревьев. Выявленные различия между предполагаемым и действительным содержанием 14С могут отражать не только изменения в эффективности обмена углеродом между атмосферой и океаном, но и колебания в притоке космической радиации. Определить степень участия этих факторов пока еще очень трудно, но можно предполагать, что существует тесная зависимость от интенсивности магнитного поля Земли, которое влияет на ионосферу, служащую барьером для солнечной радиации.

Разработка хронологии четвертичного периода — чрезвычайно сложная задача. До использования радиоизотопных методов неоднократно предлагались геохронологические шкалы, основанные на темпах накопления ритмично-слоистых осадков разного генезиса, чаще всего озерных. Сделанные на этой основе оценки продолжительности этапа развития покровных оледенений в умеренных широтах колебались от 1 млн. до 400 тыс. лет.

За последние десятилетия для изучения истории четвертичного периода широко привлекаются глубоководные донные осадки океанов. При этом детально исследовались турбулентные и донные течения, процессы оползания и переотложения рыхлых материалов. На дне океана были обнаружены выходы коренных пород, и выяснилось, что тектонический режим океанического ложа отнюдь не был таким спокойным, как полагали.

Большое внимание при изучении четвертичных осадков уделялось выявлению признаков ледниковой обработки песчаных зерен, тогда как для осадков более низких широт детально анализировалось воздействие перигляциальных процессов на строение поверхности зерен. Изменения характера поверхности зерен в разных морских обстановках — также предмет специальных исследований. Колебания температуры поверхностных вод четко проявляются и в минеральном составе донных осадков, и в насыщенности их карбонатом кальция.

Определение возраста молодых донных океанических осадков осуществляется с помощью радиоуглеродного метода, а для более древних горизонтов привлекаются другие радиоизотопные методы или проводится экстраполяция с учетом темпов осадконакопления.

Американский геохимик Ч. Эмилиани первый предложил использовать при изучении морских осадков палеотемпературный метод, основанный на определении соотношения изотопов кислорода 16О : 18О в створках фораминифер (для контроля проводятся соответствующие анализы современных образцов). Полученные данные свидетельствуют о температурах поверхностных вод во время жизни микроорганизмов. При этом предполагается, что осадконакопление происходило непрерывно и с одинаковой скоростью, так что ход изменений температуры, установленный по изотопам кислорода, является функцией времени.