Хронологія донних відкладень
Хронологія донних відкладень(варвохронологічний метод, метод де Геєра, хронологія шарів мулу) [1] — геологічний метод визначення віку, заснований на підрахунку шарів донних осадових відкладень озер, морів або річок [К 1] , відомих як стрічкові глини та їм подібні опади. Умовою застосування методу є наявність сезонної шаруватості осадової товщі, коли протягом року формуються пара шарів, які зазвичай відрізняються механічним складом і забарвленням, подібно до річних кілець дерев. Виділення таких пар - так званихварвів(англ. varv) - і їх підрахунок дозволяє визначити тривалість накопичення опадів та їх відносний вік. Виявлення кореляції між товщинами шарів, отриманих у різних розрізах, дозволяє встановлювати відповідність між віком шаруватих опадів у межах регіону. Абсолютний вік шаруватих донних відкладень, як правило [К 2] визначається за допомогою альтернативних методів датування. Варвохронологія є унікальним інструментом, що дозволяє встановлювати вік подій, що відбувалися десятки тисяч років тому, з роздільною здатністю в один рік.
Зміст
Ранні дослідження
Відкладення із циклічно повторюваними шарами були добре відомі у Швеції. Термін "швед". Hvarfig lera, що відповідає українському стрічкові глини, вперше з'являється на геологічних картах вже у 1862 році. Згодом, завдяки роботам Герхарда та Геєра, це шведське слово стало використовуватися багатьма мовами для позначення шаруватих донних відкладень. Гіпотеза про сезонний характер зміни шарів у стрічкових глинах, за очевидною аналогією з річними кільцями дерев, до Де Геєра висувалась американським геологом Едвардом Хічкоком [en] і швейцарцем Альбертом Геймом [2] . Де Геєр вперше висловив гіпотезу,згідно з якою стрічкові глини демонструють сезонні зміни в характері осадонакопичення і кожна пара шарів відповідає одному році в 1882 році. У 1884 році він публікує роботу, в якій наводить дані, отримані для трьох розрізів, що містять 16 річних шарів, і демонструє важливу можливість зіставлення послідовностей шарів, отриманих у різних розрізах. Тоді ж він постулює можливість створення з урахуванням подібних зіставлень безперервної геохронологічної шкали, та його початкова оцінка масштабів цієї роботи передбачала працю кількох поколінь геологів [3] . В 1889 Хегбом [sv] вказав на відмінності в вмісті карбонатів кальцію і магнію в «зимових» і «літніх» шарах, які він пов'язав з сезонними змінами геохімії Балтійського моря [4] .
Шведська геохронологічна шкала
В 1904 де Геєр виявив послідовність стрічкових шарів, вражаюче схожу на ті, які він описував двадцятьма роками раніше, хоча відстань між розрізами становила 3 кілометри. Стрічкові глини, які описував де Геєр, були сформовані в умовах прильодовикового водоймища, що існував у період деградації останнього заледеніння у западині Балтійського моря та прилеглих територіях [4] . Провівши серію вимірів, де Геєр переконався, що при русі з півдня на північ слідом за передбачуваним відступом фронту льодовика він втрачав крок за кроком шари з основи в іншому ідентичних розрізів, всього 12 шарів на 4 кілометри. Це дозволило стверджувати, що фронт льодовика в досліджуваному районі відступив на 4 кілометри за 12 років. У 1905 році де Геєр організує масштабне дослідження із залученням студентів Упсальського та Стокгольмського університетів, у ході якого було побудовано профіль шарів стрічкових глин на дистанції 500 кілометрів відСтокгольму до Емтланду, що охоплював 1073 року. Вивчення стрічкових глин дозволило точно встановити швидкість дегляціації по всій території центральної Швеції, але з давало абсолютних оцінок віку подій. Як «нульовий рік» був прийнятий шар на підставі розрізу на території астрономічної обсерваторії Стокгольма. Першу спробу дати абсолютну оцінку віку прильодовикових стрічкових глин де Геєр зробив в 1909, досліджуючи відкладення спущеного в 1796 озера Рогунда [sv] . Накопичення опадів в озері відбувалося в умовах різких сезонних коливань складу осаду матеріалу завдяки гірничо-льодовиковому живленню. Вже до 1911 року стало ясно, що початкові відомості містять помилку (нагромадження стрічкових шарів в озері завершилося задовго до його спуску), але це дослідження довело принципову можливість встановити безперервну послідовність між стрічковими глинами прильодовикових водоймищ і аналогічними опадами, накопичення яких відбувалося в долинах у післяльодовиковий період [3] . Прив'язка шведської геохронологічної шкали до абсолютної хронології була виконана в 1913 багаторічним асистентом де Геєра Рагнаром Ліденом [sv] при вивченні постгляціальних шаруватих відкладень у долині річки Онгерманельвен [4] [5] [К 3] .
Зростання та падіння популярності варвохронологічних досліджень
Після доповіді де Геєра на X Міжнародному геологічному конгресі в Стокгольмі в 1910 році дослідження стрічкових глин починають проводитися в різних регіонах світу. Видатні результати були отримані Матті Саурамо, який у роботах 1918 і 1923 побудував геохронологічну шкалу, аналогічну шведській, для південної Фінляндії (від узбережжя Фінської затоки до Йювяскюля, включаючи всі три гряди Салпаусселькя) [8] . Крім того, їмбули проведені літологічні дослідження стрічкових глин, на підставі яких були зроблені висновки про глибину та солоність прильодовикового водоймища [9] .
Після вивчення відкладень у долині річки Дальвен в 1915 року, де було виявлено ідентичні послідовності верств з відривом понад 85 кілометрів, де Геер стає значно менш консервативний у підході до зіставленню віддалених друг від друга розрізів. Виходячи з глобального характеру кліматичних коливань, які визначили параметри річних шарів, він припускає, що виявлення ідентичних послідовностей дозволяє синхронізувати різні хронологічні шкали між собою незалежно від відстані між ними. З цього моменту він ставить собі за мету пошук «телекореляцій» (віддалених кореляцій), які дозволять побудувати єдину глобальну геохронологічну шкалу на основі виявлення кореляції між послідовностями донних відкладень. Починаючи з 1920 року він сам або його співробітники зробили низку експедицій з метою вивчення донних відкладень у різних регіонах світу: де Геєр, Лінден та Ернст Антевс [sv] [К 4] у Північній Америка (1920), Ерік Норін [sv] у Гімалаї (1924—1925), Ерік Нільсон у Південній Африці (1926—1928) та Карл Кальденіус у Патагонії (1925—1929) та Новій Зеландії (1932—1934) [3] . Результати цих досліджень Де Геєр узагальнив у великій підсумковій роботі Geochronologia Suecica, Principles (1940) виданої ним незадовго до смерті.
У 1938 Ерік Фромм вперше проводить вимірювання вмісту різних видів діатомових водоростей і пилку дерев у кожному зі стрічкових шарів, що дозволяє встановити абсолютні датування змін солоності в Балтійському морі та поширення різних порід дерев відповідно [4] [11] .
Концепція «телекореляцій» зазнавалакритиці і була прийнята науковим співтовариством [12] [4] . Незабаром після видання «Geochronologia Suecica, Principles» завдяки роботам Кальденіуса стала очевидною необхідність ревізії Шведської геохронологічної шкали [13] . Ці обставини частково сприяли зниженню довіри до методів варвохронології в цілому протягом кількох наступних десятиліть [12] . Відкриття методу радіовуглецевого датування в 1949 році дало альтернативний інструмент отримання абсолютних датувань. Інтерес до досліджень донних відкладень упав, а фокус досліджень змістився від досліджень хронології дегляції до хронології окремих континентальних озер [4] .
Сучасний стан
Починаючи з 1970-х років, інтерес до хронології донних відкладень відроджується. Це сталося завдяки вдосконаленню технічних засобів та інструментів аналізу. Крім того, для оцінки сучасного антропогенного впливу на довкілля були потрібні дані про природні зміни параметрів середовища в минулому, які не могла дати коротка історія інструментальних спостережень. Починаючи з 1980-х років, коли стало очевидним, що абсолютні оцінки, отримані за допомогою радіовуглецевого методу, потребують калібрування, відроджується інтерес до використання донних відкладень для створення геохронологічних шкал (часто в комбінації з іншими методами). Крім того, у пізньолідникових відкладеннях недостатньо або відсутній матеріал для радіовуглецевого аналізу [2] . У 1970-і-1980-і роки проводиться кілька ревізій Шведської геохронологічної шкали, за допомогою альтернативних методів датування оцінюється похибка абсолютних датувань і ймовірні часові інтервали, в яких слід шукати недостатньо послідовності шарів [13] [14] .
У 1987 році завдяки кернам зестуарія Онгерманельвен отримано нові результати, що дозволили встановити безпосередній зв'язок між відкладеннями прильодовикових водойм і сучасними шаруватими відкладеннями та підвищити точність та достовірність оцінок абсолютного віку шведської геохронологічної шкали [5] .